基于SW平台的6R机器人的仿真研究
一般6R关节式机器人运动仿真分析及系统开发
此外,研究了运动学逆解的存在性、多解性和最优解等问题,进行了奇异位姿状态的分析过程,并且通过权重法和逆解求取流程解决了逆解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ优解选取的问题。然后对运动学,工作空间和轨迹规划等内容进行了仿真分析。
在Robotics Toolbox模块中完成了PR05型号数学模型的建立,实现了其运动学正逆解的仿真过程,检验了正逆解算法和方程的有效性。此外,使用了蒙特卡洛方法绘制了目标的理论和实际的工作空间,并进行了相关轨迹规划的模拟仿真,得到了各运动关节的仿真曲线以及末端的运动轨迹。
最后设计开发了运动仿真系统软件。对运动仿真系统进行了需求分析,并确定了系统实现途径。
一般6R关节式机器人运动仿真分析及系统开发
随着机器人技术的不断成熟发展,越来越多的机器人在生产制造等行业中大显身手,而机器人系统仿真技术的重要性也随之日益凸显。机器人仿真技术便是在不涉及实体硬件和具体作业场景的状况下,使用计算机相关图像技术,建立一个可进行人机交互的虚拟三维环境,并据此对其作业运动实行仿真。
通过Visual C++和OpenGL建立了三维绘图环境,构建了仿真系统程序的开发框架。详细阐述了运动仿真系统软件的的总体设计及功能框架,着重介绍了用户界面、模型建立、运动控制、逆解计算、轨迹规划和仿真再现等模块的设计界面和程序编写思路。
6R机器人工具端的运动学建模及仿真
108机械设计与制造Machinery Design&Manufacture9 ]2018 9 6R机器人工具端的运动学建模及仿真廖伟东，李锻能，王强，廖姣(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：工业机器人实现加工作业时，工具端沿加工轨迹运动，且要满足加工的位姿要求。
为了控制机器人末端工具工作点相对于工件的轨迹和位姿，建立面向工具坐标系的机器人运动学模型对机器人离线编程有重要意义。
通过将工具坐标系与机器人连杆坐标系分离，研究针对工具坐标系的机器人运动学正、逆解。
提出一种余弦定理结合圆心角定律的机器人空间三点圆?瓜轨迹规划方法，通过调用OpenGL图形库，进行机器人空间圆?瓜轨迹运动仿真，验证了算法的正确性，为本研究条件下机器人离线编程打下理论基础。
关键词%工具坐标系;六关节机器人;轨迹规划;运动学中图分类号:TH16 文献标识码:A文章编号：1001-3997(2018)09-0108-04The Kinematics Modeling and Simulation of 6R Robot with Tool FrameLIAO Wei-dong, LI Duan-neng, WANG Qiang, LIAO Jiao(Guangdong University of Technology Mechanical and Electrical Engineering College,Guangdong Guangzhou510006, China)Abstract：$hile industrial robots achieve machining j obs,it must mee t s the processing requiremen t s of the position andorien t a t ion .In order to seek solutions to the tool coordina t e system for controlling the position and posture of tool frame towards work steady in the robot off—line programming:Separating the tool coordinate system from the robot connecting rod coordinate system,so that obtained the robot forward kinematics and inverse kinematics solution.Explored a method ofthree-point circular arc interpolation of robot space base on law of cosines .Taking advantage of OpenGL graphics library to achieverobot space circular arc interpolation motion simulation,which verify the accuracy of the a l gori t hm and lay the foundation forrobot off-line programming under the involved conditions.Key Words：Tool Coordinate System；6R Robots；Trajectory Planning；Kinematics Modelingl引言打磨、焊接机器人需要在末端装夹磨具、焊枪等工具，而且 工具工作点通常与机器人前一连杆坐标系存在沿！、"、#轴方向 的偏置。
6R型工业机器人标定算法与实验研究
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
1 绪
1.1 课题来源
本课题得到以下项目的资助：
论
国家重点基础研究发展计划（973）项目“巨型重载操作装备的基础科学问 题” ，批准号：2006CB705400，课题 4“大尺度重型构件稳定夹持原理与夹持系统 驱动策略” ，批准号：2006CB705404。 江苏省昆山市华恒焊接设备技术有限责任公司委托项目“ ‘昆山 1 号’机器 人标定技术研究” 。
1.3 机器人运动学标定技术研究现状
1.3.1 国外研究现状 1. 运动学模型标定法 按照机器人标定过程，选择合适的运动学模型和标定测量方法是机器人标定的 前提，在此基础上对标定数据进行处理实现误差参数识别与校正是机器人标定的目 的。 机器人运动学标定通常分为四步：①建模：建立描述机器人几何特性和运动性 能的数学模型；②测量：测量机器人末端执行器在世界坐标系下的多点位置坐标； ③参数辨识：辨别机器人关节角与其末端执行器末点位置之间的函数关系；④补 偿：修改控制器参数使理论值与实际值之间误差最小。下面分别就这四个方面的国 外研究现状展开综述。 ① 运动学建模 运动学模型的选择是决定机器人绝对定位精度的重要因素之一。最经典的运动 学模型是 D-H 模型，它是按照一定的规则把关节坐标系固定在机器人的每个连杆
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在 本论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√” ） 年解密后适用本授权书。
6R型喷涂机器人运动学分析及仿真
（ 广西 大学 机械 工程 学院 ， 宁 ５ ０ ０ ） 南 ３ ０ ４
冰
Ｋｎ ｍａｉ ｎ ｌ ｉａ ｄｓｍｕ ｔ ｎｆｒ －ｏａｉｎｊｉ ｐａ ｉ ｂ ｔ ｉ ｅ ｔ ｓａ ａｙ ｓ ｎ ｉ ｌ ｉ ｒｔｔ ｎ ｓ ｒｙｎ ｒ ｏ ｃ ｓ ａｏ ｏ ６ ｏ ｏｔ ｇｏ
ｊ ｍ ｉ ｌ ｒｈ ｕ ａｏｏｔｎｄｔ ｏ ｓａｅ ｅｐａｉ ｂｔＵｉ ｉｍ ｔ ｄｃｎ ｖｉｎ－ ａｃ ａ ｏｉｍｂｔｌ ａ ｅ ｅ ｒｐｃ ｏｔ ｒ ｎ ｒ ｏ ｓ ｇｔｓ ｅ ｏ ａ ｏ ｉ ｔｓｇ ｔ ｓ ｂ ｉ ｈ ｗ ｋ ｈ ｓ ｙ ｇ ｏ ． ｎ ｈ ｈ ｆ ａ ｄ ｔ ｍ ｒ Ｓ ａ ｉｉ ｅ ｅ ｐｒｉ ｎ ｍ ｌ ｌ ｌｅ ｘｒ ｓ ｎ，ｈ ｈｓ ｐｉ ｄｔｅ ｏｔ［）ｔ ｓ ； ｅ Ｕ Ｍ ｒ ｖｒ ｅ ｏ ａｄｓ ｐｉ ｃ ｃ ａ ｄｅｐｅ ｉ ｓｗ ｉ ｍ ｌｅ ｎｏｓｓ ｍ ： ｏ ｔ ｘｎ ｓ ｏ ａ ｎ ｔ ｉ ｌ ａｕｔ ｙ ｓｏ ｃ ｉ ｆ ｈｃ ｒ ＇ ｅ ！
ｗ ｒｓ ａｅｏ ｔ ｉ ｉ ， ａ ｃｏｙｃｎｒｌ ｎ ｒｃ ｒ ｏ ｔ ｌ ｄｓ ｎ ｏｋｐ ｃ ｉ ｚ ｏ ｔｊ ｔ ｏ ｔ ｄ ｔ ｔ ｅ ｐ ｉ ｅｉ ． ｐ ｍ ａ ｎ ｒｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｓ ｕ ｕ ｍａ ｇ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｄ Ｓｐｒ ｉ ｇ ｒ ｏｔ Ｋｉ ｍ ａ ｉ ｓｍ ｏ ｌ Ｗ ｏ ｋ ｐａ ｅ； ｂｏ ｉ ｓｔ ｏｌ ｏ Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏｎ ａｙ ｎ ｏｂ ； ｎｅ ｔｃ ｄｅ ； ｒ ｓ ｃ Ｒｏ ｔｃ ｏ ｂ ｘ； ｉ ａｉ
算， 了 简化 计算的表达式， 便于控制系统进行实时控制 ， 也为后续的动力学分析、 工作ห้องสมุดไป่ตู้间优化、 轨迹控制
6R型喷涂机器人运动学分析及仿真(1)
合理的空间点。而且，喷涂机器人运动学分析还是运动控制、离线 编程、轨迹规划的基础。它主要研究各个连杆之间的位移关系、速 度关系和加速度关系，特别是末端执行器位姿与关节变量之间的 关系，包括正运动学分析和逆运动学分析[4]。
zi-1 Li-1
zi
zi+1
Li
此外，对于运动学逆解，仅仅用某种方法求解是不够的，还需
角 θi 转角 αi-1 线长 ai-1
di
量范围 （mm）
1
90° -90°
0
0 +180°～-180°
2 -90°
0
a2
0
+90°～-60° a2=700
3
0
-90°
a3
0 +60°～-200° a3=100
4
0
90°
0
d4 +200°～-200° d4=600
5
0
-90°
0
0 +100°～-100°
146
曾 剑等：6R 型喷涂机器人运动学分析及仿真
第6期
a3 a2
d4
x3
θ3
z3
θ4
y3
x2 z1 z0
x0
z2 θ2 y1 y0 x1 y2
θ1
x6 x5 x4
y4 y6
z5 θ5 y5 z6
z4
θ6
3.2 运动学逆解
对于 6 个自由度的机器人而言，运动学逆解非常复杂，一般
没有封闭解。本课题组设计的 6R 型喷涂机器人手腕的 3 个关节
代入式（8）可解得 θ3 为：θ3=2Atan2（-2a2d4± 4a2 d4 -k1k2 ，k1）
其中，k1=
6R关节型机器人轨迹规划算法研究及仿真教程
山东理工大学硕士学位论文6R关节型机器人轨迹规划算法研究及仿真姓名：刘好明申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王效岳20080420山东理丁人学硕十学位论文摘要摘要工业机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向。
对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。
关节型工业机器人以其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等特点在机器人中备受设计者和使用者青睐。
本文基于模块化设计思想，设计实现一定焊接任务的ＡＳ．ＭＲ０ｂｏｔ６Ｒ关节型机器人，采用Ｄ－Ｈ法对该关节型机器人的机构和运动学进行分析，建立了该关节型机器人的运动学模型；根据目标路径，求出机器人的逆解，在关节空间和操作空间轨迹规划过程中，分别利用模糊Ｃ均值聚类算法、最邻近和Ｋ均值聚类的综合应用来训练网络，实现了ＩｍＦ神经网络的改进，并用该算法实现了轨迹优化，达到了轨迹规划的快速收敛和近似逼近，具有很强的容错能力，避免了因约束点的输入顺序和野值产生的影响，使得规划轨迹达到工程上的要求，从而验证了该算法的可行性。
然后应用虚拟样机技术，在机械系统动力学软件ＡＤ舢ｖＩＳ上建立该Ａｓｍ依０ｂｏｔ６Ｒ关节型机器人的仿真模型，按照已经规划好的末端工具运动轨迹，对实验过程进行轨迹规划仿真，并研究了该关节型机器人的运动学指标在仿真运动过程中的变化情况。
从理论分析和仿真实验结果的一致性，证明了该改进的Ｉ国Ｆ神经网络算法的有效性、合理性和在轨迹规划方面的可行性。
改进的ＲＢＦ神经网络算法可以用于关节型机器人教学或在使用关节型机器人的工业环境中进行仿真演示或实时检测，为机器人轨迹规划优化算法的研究提供了理论上的有力支持，具有较高的应用价值。
关键词：工业机器人；运动学；轨迹规划；ＲＢＦ神经网络；聚类；虚拟样机山东理Ｔ人学硕Ｉｊ学位论文Ａｂｓ仃ａｃｔＡｂＳｔｒａＣｔＡｓａｎｉｍｐｏｒｔａｍｂ１．觚ｃｈｉ１１ｔｈｅｒｏｂｏｔｆＩａｍｉｌｙ＇ｉＩｌｄｌ倒时ｒｄｂｏｔａｎｄｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ面ｅｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ蛔ｊｅｃｔ０巧ｐ１黜血ｇｄｅｓｉ弘ｅｒａＩｌｄＢ２Ｌｓｅｄａｌｌｓｅｒｉｔｓ咖ｌｉｓａｎｉｌＩｌＩ，ｏｒｔａｎｔｒｅｓｅ锄ｃｈａｎｄｈａＶｅｂｅｅＩｌｐａｉｄｅＩｌｏｕ曲ａ：ｔｔ枷ｏｎｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉＩｌｔｈｅ、Ⅳｏｒｌｄ．ｈｌｍｅｇｒｏｕｐｏｆｍｂｏｔｓ，Ⅱｌｅａｎｉｃｕｌａｔｅｄｒｄ）ｏｔｉｓｃａｒｅｄｂｙｆ．０ｒｉｔｓｂｒｏａｄｗｏｒｋｒａｌｌｇｅ，ｆｌｅＸｉｂｌｅｍｏＶｅｎｌｅｎｔ狃ｄｃ伽叩ａｃｔＳ廿ｕｃ嘶．ａｃｈｉｅｖｅａｒｅｏｎｍｏｄｕｌ碰ｚａｔｉｏｎ，ｄ商盟ａ６ＤＯＦｍａＩｌｉｐｕｌａｃｏｒＡＳ一瑚Ｒ０ｂｏｔ６Ｒｗｈｉｃｈｃａｌｌｃｅｒｔａｉｌｌａｓｓｉ缪ｍｌｅｍ．ｈ廿ｌｉｓｐａｐｅｒ，ｍｅｋｉＩｌ锄ａｃｉｃｓａ１１ｄ锄ａｌｙｚｅｄｔｈｅｂｙｍｅａｎＳｏｆＤｅＩｌ撕ｔ－Ｈａｒｔｅｌｌｂｅ唱ｍ甜１０ｄ，ｕｌｅｎａｒｅｍｅ鼢ａｔｉｃａｌｄｙｎ锄ｉｃｓｏｆｍｅａｎｄｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｄｙｌｌ锄ｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｏｉｌｌｌｐｒｏＶｅｄＲＢＦｍａｌｌｉｐｕｌａｔｏｒｅＳｔａ：ｂｌｉｓｔｌｅｄ．Ａｎｅｒｔｈｅｉ１１ｖｅｒｓｅｋｉｎｅＩＩｌａｔｉｃｓｏｆｒｄｂｏｔｂｅｉｎｇｓ０１ｖｅｄｗｉｍⅡ１ｅｐａｍｉＩｌｈａｄｐ０硫ｅｄＮｅｔｕｒａｌｐ础，ｍｅｍ嘶ｏｎｊｏｉｌ】庀ｓｓｐａｃｅｗ嬲ｏｐｔ妇ｉｚｅｄａＣＣ删ｎｇＮ咖ｏｒｋ、７ｌ耘ｃｈｂｅｅｌｌ埘ｎｅｄｂｙＦｌｌｚｚｙＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅａｒｅｓｔａｎｄＫｍｅａＩｌｓｃｌｕｓｔｅ打ｎｇｄＩⅡ缸ｇｐｌ础ｇ．Ｔ１１ｉｓ面ｍｍｅｔｉｃＭｅａｎｓｃｌｕｓｔ甜ｎｇａｎｄⅡｌｅｇ肌ｅｒａｌｍａｌ（ｅⅡ１ｅｆ掇ｔｌｌｅｃｏｎｖｅ唱ｅｎｃｅ锄ｄｍｉｓｔａ：ｋｅ锄ａｌ謦ＩｌＩｌａ缸ｏｎ姗ｅ仇ｌｅａＩｌｄａｖｏｉｄｍｅｉＩｌｆ＆ｔｉｏｎｏｆｔｌｌｅｉｎｐｕｔｏｆｄｅｒｏｆｅｘｉｓｔ饥ｃｅｏｆⅡｌｅｍｅｒｅｓ砸ｃｔｅｄｐｏｉｎｔ甜ｌｄｔｌｌｅｅｒｒａｃｉｃ洲ａｔｃｈｎｕｍ嘶ｃａｌＶａｌｕｅ，ａＩｌｄａ出ｅＶｅｓ嘲ｕｅｓｔｏｆｔｈｅｐ删ｅｃｔ，ａｌｌｏｆⅡ１ｉｓｖａｌｉｄａｔｅｓｉｔｓＭ妇ｇａｃｃ删ｎｇｕｓｅｏｆｍｅｖｉｍｌａｌｐｒ０咖ｉＩｌｇｅ丘硎Ｖｅｌｌｅｓｓ锄ｄｆｅ硒ｉｂｉｌ咄ｔｅｃ王１１１０ｌｏｇ弘Ⅱ１ｅｍａｌｌｉｐｕｌ砷ｏｒ‟ｓｍｏｄｅｌｉｓｆｏｕｎｄｅｄｉｌｌｏｆｍｅｃｈａｌｌｉｃａｌｓｏ脚ａｒｅＡＤＡＭＳⅡ１ａｔｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｄｙｎａＩｌｌｉｃｓ狮ａｌｙＳｉｓｓｙｓｔ锄．Ｆｕｍｌ咖ｏｒｅ，ｔ０ｍｅｐｌａｌｌｏｄｐａｍ，ｍｅｃｈ觚ｇｅｓｏｆｍｅｃｉｌｌｅＩＩｌａｔｉｃ砒ｌｄｄｙｎ砒ｌｌｉｃｉＩｌｄｅｘｅｓｏｆⅡｌｅｃｏｕｒｓｅａｎｉｃｕｌａｔＩｃｄｍａＩｌｉｐｕｌａｔｏｒｉ１１ｔｈｅⅡｌｉｓａｐｐｒｏａｃｈｒｏｂｏｔａｒｅｏｆｍｏｖｉＩｌｇａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅ岱ｏｃｔ～ｅＩｌｅｓｓａｎｄＶａｌｉｄｉ锣ｏｆａｐｒｏＶｅｄｂｙⅡｌｅ０瞅ｉｃａｌ锄ａｌｙＳｉｓａ１１ｄ幽ｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕ坻．ｎ谢Ｕｈｅｌｐｉ叫）ｒｏＶｅｄＲＢＦ１０ｔｉＩｌｔ１１ｅｔｅ犯１１ｉＩｌｇ，ｄｅｓｉｇｌｌｉｌ唱，ｒｅｓｅａｒＣｌｌｉｎｇ锄ｄｓｅｌｅｃｔｉｌｌｇ．１１１ｉｓｎｅｔｕｌ面ｎ舐ｖｏｄ【ａ打Ⅱｌｍｅｔｉｃｈ舔ｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ锄ｄｐｒ０Ｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒ以ｃｉｌｌ如ｎｎａｔｉｏｎ南ｒ吐ｌｅ臼匈ｅｃｔｏ巧ｐｌ础ｇＫｅｙｏｆｒｏｂｏｔ．ｗｏｒｄｓ：ｈｌｄｕ呻Ｒｏｂｏｔ；陆ｅＩｌｌａｌｉｃｓ；删ｅＣｔ吖Ｐ１锄ｉｎｇ；Ｃ１埘ｅ血ｇ；ⅦｔｕａｌｍｔｏｔｙｐｅＲＢＦＮｅｔｕ］ｒａｌＮ咖础；独创性声．明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
6R机器人三维图形运动仿真与奇异形位分析
阿彤。仿 真实例 ． 输人 关 节 Ｉ关节 ６的角度 值分 别为 ０一 ０９ 、、 ０， 出位姿 一 、９ 、０００、 输 矩阵 为 一 ０００ ０１０４９； ６ ； ］由六 关节 １ ； Ｏ０１６ ５０００Ｉ，
Ｔ ； 、Ｔ 、Ｔ 。
求 出的 六关 节波形 ，经 过关节 范围 限制 处理后 的六 关 节 波 形在 示波器 Ｓｏｅ 绘 出。本文利 用两波 形进行 奇异 形 ｃｐ １
一
真模 型 ，
见网３ ．左 边 的 Ｆｎ — Ｆ ｎ２输 入是 仿真 时间 ｔ输 ｕＩ ｕｌ ， 出 分别 为位 姿矩 阵 中 的 ｆ，ｙｎ．ｘｓ．Ｚ ． ，ｚｐ ， ｌ ｎ ，ｚｓ，ｙＳ． ａ，ｘ ｘ ｐ ， ， 出 值 可以 是常 数 ， 可 以是 仿 真时 间 ｔ 函数 ｖ 输 也 的 修 改 Ｆ ｎ函数可 得 到任 何形式 的位 姿矩 阵。位 于 中间 ｕ
维普资讯
６ 栅器人三维国形运动仿真与奇异形位分析 Ｒ
刘全浩 ． 胡旭末 ． 江贵龙 。 李鹏 刚 ｌ 浙江理 工大学 机碱 与自动控 学琏 渐江省纺织装备技术重点 实验室 ， 杭州 ３ Ｏ Ｉ机器人为研究对象 ， 设计开发了 ６ 【 自由度旋 转关节 ） Ｒ六 机器人基于兰雏图形的运动学仿囊系统 ａ 谖系
度， 点击 “ 始仿 真” 在 开 ， 左下 位姿 矩 阵框 中就 可 以 显示 山机 器人 末端 执
行 器 的 位 鼠 和 姿 态 矩
－
《6R工业机器人轨迹规划与控制研究》范文
《6R工业机器人轨迹规划与控制研究》篇一一、引言随着制造业的快速发展，工业机器人作为智能制造的重要设备，其在生产线上的应用日益广泛。
6R工业机器人以其灵活性和高效性在各种领域得到了广泛的应用。
其中，轨迹规划与控制技术作为机器人的核心研究内容，对于提高机器人的工作效率、运动精度和稳定性具有重要意义。
本文将重点研究6R工业机器人的轨迹规划与控制技术，探讨其相关理论、方法及实际应用。
二、6R工业机器人概述6R工业机器人是一种具有六个旋转关节的机器人，能够在三维空间内进行复杂的运动。
其运动学模型、动力学特性和控制策略是机器人研究的基础。
6R工业机器人具有高精度、高速度和高负载等特点，广泛应用于汽车制造、电子装配、食品包装等领域。
三、轨迹规划方法研究轨迹规划是6R工业机器人的重要研究内容，它决定了机器人的运动路径和速度。
本文将介绍几种常见的轨迹规划方法：1. 插补法：通过在关键点之间插入中间点，生成平滑的轨迹。
该方法简单易行，适用于对轨迹精度要求不高的场合。
2. 优化法：以机器人的运动学模型为基础，通过优化算法求解最优轨迹。
该方法可以提高机器人的运动精度和效率，但计算量较大。
3. 智能算法：如遗传算法、神经网络等，通过学习的方式获取最优轨迹。
该方法具有较高的自适应性和学习能力，但需要大量的训练数据。
四、控制策略研究控制策略是6R工业机器人的核心，它决定了机器人的运动稳定性和精度。
本文将介绍几种常见的控制策略：1. 经典控制策略：如PID控制、模糊控制等，通过设定阈值和规则来控制机器人的运动。
2. 现代控制策略：如自适应控制、鲁棒控制等，根据机器人的实际运动情况调整控制参数，提高机器人的适应性和稳定性。
3. 智能控制策略：如基于深度学习的控制策略，通过学习机器人的运动数据来优化控制策略，提高机器人的运动精度和效率。
五、实际应用与展望6R工业机器人的轨迹规划与控制在制造业中得到了广泛的应用。
通过合理的轨迹规划和控制策略，可以提高机器人的工作效率、运动精度和稳定性，从而降低生产成本、提高产品质量。
6R工业机器人结构设计及运动轨迹规划仿真研究
实验结果及数据分析
通过实验，我们成功地规划出了一条从起始点到目标点的最优轨迹，并通过 仿真验证了其可行性。与传统的路径规划方法相比，使用MATLAB Robotics工具 箱进行轨迹规划具有更高的精确性和稳定性。此外，该工具箱的使用也大大减少 了计算量和编程难度，提高了工作效率。
结论与展望
本次演示基于MATLAB Robotics工具箱，对工业机器人的轨迹规划及仿真进 行了研究。通过精确的建模、有效的路径规划和仿真验证，成功地得到了最优的 运动轨迹。与传统的路径规划方法相比，使用MATLAB Robotics工具箱进行轨迹 规划具有更高的精确性和稳定性，且降低了计算量和编程难度。
引言
随着制造业的快速发展，工业机器人已成为自动化生产过程中不可或缺的一 部分。工业机器人的应用范围已从传统的机械制造扩展到医疗、农业、服务业等 多个领域。在这个过程中，如何精确地规划机器人的运动轨迹，提高机器人的作 业效率和安全性，成为了一个关键问题。本次演示基于MATLAB Robotics工具箱， 对工业机器人的轨迹规划及仿真进行研究，旨在找到更优的运动轨迹，提高机器 人的性能。
然而，本研究仍存在一些不足之处。首先，实验中只考虑了机器人从起始点 到目标点的单一路径，未考虑环境干扰和动态特性。未来研究可以进一步完善机 器人轨迹规划的动态性和实时性，以适应更多复杂多变的应用场景。其次，实验 中使用的优化算法可能不是最优解，未来可以尝试多种优化算法，以提高轨迹规 划的效率和质量。
在进行机器人运动仿真时，需要注意以下几点： 1、精确建立机器人模型，包括各关节的连接方式和几何参数；
2、考虑重力、摩擦力等外部力的影响，模拟真实的运动环境； 3、选择合适的仿真算法和求解器，保证仿真的实时性和精确性。
6R工业机器人运动仿真与轨迹规划中期报告
6R工业机器人运动仿真与轨迹规划中期报告一、研究背景和意义随着现代工业的不断发展，工业机器人越来越受到重视，已成为工业自动化的重要组成部分。
而工业机器人的运动仿真和轨迹规划则是机器人控制系统设计的重要环节。
在机器人运动控制中，对产生的轨迹进行规划并控制机器人运动，实现机器人在空间中高精度的运动，是机器人控制的核心问题。
因此，针对工业机器人运动仿真和轨迹规划，进行相关研究和开发具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括6R工业机器人运动仿真和轨迹规划。
首先，根据工业机器人的动力学模型，建立6R机器人的运动学模型，并采用MATLAB工具箱对模型进行数值计算和仿真，验证模型的正确性。
其次，针对机器人的轨迹规划问题，基于基于贝塞尔曲线的轨迹规划算法，结合机器人的工作空间和其他约束条件，对机器人的轨迹进行规划和优化。
最后，针对机器人的运动控制问题，探讨机器人的电机控制、力矩控制和PID控制等问题，从而实现机器人运动的高精度和稳定性。
三、研究进展和成果目前，我们已完成了6R工业机器人的动力学模型的建立，验证了模型的正确性。
同时，我们也初步探讨了6R机器人的轨迹规划和优化方法。
下一步，我们将继续深入研究机器人的轨迹规划和优化算法，探讨机器人的运动控制问题，并对结果进行仿真和实验验证，以取得更加实用和可靠的方法和技术。
四、存在的问题和未来展望在研究过程中，我们也遇到了一些问题，比如模型的精度不够高、算法的复杂性等等。
在未来的研究工作中，我们将继续优化模型和算法，并实践验证，以提高研究结果的可靠性和实用性。
同时，我们也将探讨机器人运动仿真和轨迹规划在其他领域的应用，以进一步扩展研究范围和应用前景。
基于matlab的6r工业机器人运动学仿真与研究
基于matlab的6r工业机器人运动学仿真与研究
一、背景
当今的社会，自动化技术和机器人技术正在快速发展，是当今社会推动经济发展的重要技术之一。
机器人既可以替代人类从事繁琐乏味、危险的繁重体力劳动，也可以替代人类从事精密的精确加工任务，是工业自动化的重要组成部分。
6R机器人是一种6轴机器人，可以实现6自由度及以上的空间运动，与普通机器人相比，它具有更高的运动精度和空间范围等优势，所以在工业机器人中有着重要的地位。
二、目的
本文旨在通过MATLAB仿真，研究6R机器人的运动学特性，从而更好地为6R机器人在工业领域的应用提供实验辅助。
三、研究内容
（1）建立6R机器人运动学模型。
（2）使用MATLAB编写6R机器人的运动学求解算法，实现机器人从一个空间位置到另一个空间位置的运动。
（3）使用MATLAB技术分析6R机器人的工作效率，运动精度，以及运动安全性等性能指标。
（4）对6R机器人在工业环境中的运动学实验进行分析与研究，以便更好地掌握6R机器人的应用技术。
四、总结
6R机器人具有更高的运动精度和空间范围，是工业自动化的重要组成部分。
本文通过MATLAB进行6R机器人的运动学模型建立，求
解算法实现，以及性能指标分析等，为6R机器人的应用提供了实验和理论支持，也为大众更好地理解和更加深入地研究6R机器人的运动学特性提供了便利。
基于matlab的6r工业机器人运动学仿真与研究
基于matlab的6r工业机器人运动学仿真与研究
x
本文主要介绍基于Matlab的6R工业机器人运动学仿真与研究，旨在利用Matlab实现工业机器人运动学仿真，以及进行机器人运动学的研究。
研究以6R型工业机器人为例，计算机使用Matlab实现了工业机器人的正逆解和角度转换，利用Matlab对机器人的运动模型进行了仿真，以及利用Matlab进行机器人的末端点运动建模和控制，以及机器人的轨迹规划。
研究工作可以为后续研究者提供参考，为工业机器人的控制技术的更新提供帮助。
一、基于Matlab对6R工业机器人的正逆解及角度转换
首先，需要实现6R工业机器人的正逆解，即从末端位置确定机器人的关节角度，也就是将末端位置转换为机器人的关节角度。
本文使用Matlab对6R工业机器人的正逆解过程进行了模拟，首先，定义6R机器人的参数，如机器人由六个关节构成，每关节的旋转范围，空间位置等。
然后，根据正逆解的数学表达，编写正逆解函数，实现机器人的正逆解过程；此外，编写程序，实现机器人正弦角变换，即将机器人的位置（X，Y）坐标转换为正弦角坐标，以便对机器人的运动进行分析。
二、基于Matlab的6R工业机器人运动仿真
利用Matlab，对6R型机器人的运动模型进行了仿真。
首先，根据机器人的运动模型，编写用于模拟机器人运动的程序，然后，利用Matlab的绘图功能，绘制机器人在XOY平面的变化曲线，实现6R机
器人运动模型的仿真操作。
6R机器人的联合仿真
图４ 机器人坐标 系
表１ Ｊ Ｒ Ｂ ６ ０ ８ 机器人连杆参数
换记 为 Ａ，相对于坐标系 进行时 ，记为 ，微
分变 换 一般 表达 式 为 ：
ｆ Ｉ ＿ ０ 言ｄ 叫 ｙ Ｉ
Ｉ
０ 厶 ：
一
（ ３ ）
（ ４ ）
０ ０ ｏ ｊ
一 ＆ ８ ｙ ｄ ｘ ＆ ０ 一 ８ ｘ ａ ｙ ８ ｘ ０ Ｏ ０ ０ ｄ ｚ ０
Ｚ ｌ
Ｚ ｎ
器的位姿 ，求解各个关节的角度值。 本文采用微分变换求解逆 向运动学问题 。将 问题描述为 ：已知坐标系｛ ６ ｝ 相对于基坐标系｛ ０ ） 的 微分变化时 ，求 出各关节角度值的相应变化。
当微 分 运 动 相 对 于 基 座标 系进 行 时 ，微 分 变
图３ Ｊ Ｒ Ｂ ６ ０ ８ 结 构
扭角 、连杆 长度 、两 连杆 距离 、两连 杆夹 角 。
式 （ ２ ）中， 、 ｎ 、 表示 坐标系｛ ６ ｝ 的 Ｘ轴 与基 坐标 系ｆ ０ ｝ 的 、 ｒ ｏ 、 ｚ 。 轴夹 角的余弦值 ，
ｏ 、 ｏ ，、 ｏ
：
表 示坐 标 系 ｆ ６的 ６ ） Ｙ轴 与基 坐标 系ｆ ０ ） 的
（ １ ）
式 （ １ ）中 ｃ ＝ Ｏ Ｏ Ｓ ， ｓ ＝ ｓ ｉ ｎ。代人数据 可得 到 机器人末端相对于基座标 系的位置和姿态 ，矩阵
表示为 ：
０ Ｐ Ｐ Ｐ
口
ｙபைடு நூலகம்
： ＝ ０ ｌ Ｔ ３ ２ Ｔ ４ Ｔ ５ ４ Ｔ ６ ＝
（ ２ ）
ｎ
：
０
１
的坐 标 系 ，机 器 人 Ｄ — Ｈ参 数 、 吼、 ｄ 、 （ ｉ ＝ ｌ ， ２ …６ ） 如表 １ 所示 。四个参数依 次表示连杆
智能制造系统的6R工业机器人仿真和监控平台
37中国设备工程 2021.01 （上）中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng科学技术迅猛发展，使工业机器人交互性得到提高。
就6R 工业机器人来说，构建机器人运动学模型，应用矢量积法推导雅克比矩阵，为仿真与监控数据可视化打下扎实基础。
仿真环境既可以更加真实地模拟制造过程，也将用于人机交互从而使制造过程共融性得到提升。
所以需要加强6R 工业机器人仿真和监控工作力度。
基于此，研究智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控具有现实意义。
1 仿真和监控平台的搭建在进行机器人仿真过程中主要涵盖了以下三个部分，分智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控平台崔岳 （廊坊职业技术学院，河北 廊坊 065000）摘要：本文从仿真和监控平台的搭建出发，之后详细分析实验验证，其中包括仿真和运行实例对比和监控测试等两方面，以便为智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控工作提供有益的参考性建议。
关键词：智能制造系统；6R 工业机器人；仿真监控中图分类号：TM76;TP18 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（上）-0037-03别为监控通信接口、控制命令编制以及可视化环境。
1.1 仿真和监控的可视化环境为了给机器人建立l:1的三维模型需要应用建模软件。
机器人属于一个综合系统，内部零件结构与装配较为繁杂，而且由诸多零件组成。
本文研究的仿真与监控可视化环境指的是机器人空间位置与动态，与内部零件细节没有直接联系，所以建模过程中需依据独立准则与运动之间的关联将机器人分成各种运动部件，构建相应的部件模型。
具体内容如图1所示。
发动机、发电机则起到了非常重要的作用，因为相较于其他设备系统来说，电气自动化控制系统设备其结构更加复杂一些，所以一旦出现故障，引发故障产生的直接原因很难检测出，因为涉及的方面较广，所以传统的人工诊断故障方式不能够在快速的时间内直接找出问题产生原因，会浪费非常多的时间且不能有效满足设备的正常运行发展要求。
6R焊接机器人轨迹优化及仿真研究
第45卷 第4期华北理工大学学报(自然科学版)V o l .45 N o .42023年10月J o u r n a l o fN o r t hC h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )O c t .2023收稿日期:2023-03-17 修回日期:2023-09-27基金项目:河北省教育厅基金项目(2019G J J G 216);华北理工大学博士启动基金项目(B S 2017094)㊂ 第一作者:蔡玉强,男,博士,教授,研究方向:机械动力学㊂ 通讯作者:吴汉文,男,河北沧州人,硕士研究生,研究方向:机械动力学与机器人学㊂ D O I :10.3969/j.i s s n .2095-2716.2023.04.006文章编号:2095-2716(2023)04-0042-086R 焊接机器人轨迹优化及仿真研究蔡玉强,吴汉文(华北理工大学机械工程学院,河北唐山063210)关键词:焊接机器人;轨迹规划;时间最优;改进粒子群算法摘 要:针对保持6R 焊接机器人作业中稳定㊁高效的问题,提出一种以改进粒子群算法为基础,结合3-5-3插值多项式来进行轨迹规划的方法㊂采用D -H 法分析机器人结构参数,建立机器人运动学模型;在关节空间内采用分段高次插值方法进行轨迹规划;在满足各个关节位置㊁速度㊁加速度约束条件基础上,以时间最优为目标,采用改进粒子群算法对分段多项式插值构造运动轨迹进行优化㊂通过MA T L A B 软件对机器人各关节运动轨迹仿真,研究结果表明,所提出的轨迹优化方法在满足各关节运动约束条件㊁保证机器人运行稳定前提下,显著提升了工作效率,并实现了6R 焊接机器人时间最优轨迹优化㊂中图分类号:T P 242 文献标识码:A引言工业机器人是实施自动化生产线㊁智能制造车间的关键设备,为推动我国机器人产业快速㊁健康的可持续发展,大力发展工业机器人技术势在必行㊂为提高装备制造现场的产品质量和效率,合理的轨迹规划至关重要㊂轨迹规划目标是确定一条机器人运动过程中速度㊁加速度过渡平缓,并保持机器人末端运动状态稳定的轨迹㊂并在此条件下,针对机器人运行时间进行优化,提高其工作效率㊂根据轨迹规划空间不同,其主要分为笛卡尔空间与关节空间:前者直接描述末端执行器的位姿与时间的函数;后者描述的是各关节角度与时间的函数关系,该方法计算量较小,且没有奇异性,十分适用于点对点的运动问题㊂针对适用对象,该项目主要研究关节空间轨迹规划,当前国内外学者在关节空间轨迹规划及优化领域的研究逐步深入[1],目前主要有多项式插值法[2,3]㊁组合多项式插值法[4,5]㊁B 样条插值法[6,7]以及是针对此类基础插值算法进行改进㊂在轨迹规划时常伴随轨迹优化的研究,优化目标主要有时间[8-10]㊁能耗[11,12]㊁脉动[13],通常采用各类智能算法来实现以上目的[14]㊂综上,本文以时间最优为目标,采用改进P S O 算法对6R 焊接机器人运行时间优化㊂在任务空间焊接路径上选取路径点,并将其对应的机器人末端位姿映射为关节空间各关节角度值;采用3-5-3多项式对各关节路径点插值,拟合得到关节空间连续运动轨迹;最后,采用递减惯性权重和非线性动态学习因子的P S O 算法对该轨迹进行优化计算,得到机器人运行时间最优轨迹,并用MA T L A B 软件进行验证㊂1机械臂运动学模型以A B BI R B 1660型机器人为研究对象,如图1为机器人运动状态的C A D 模型,根据D -H 法建立机械臂的各连杆坐标系如图2所示㊂该机器人均为转动关节,末端夹持焊枪㊂令基坐标系坐标系重合,其余坐标系各方向按右手定则确定㊂其D -H 参数及个关节变量范围如表1所示㊂图1 I R B 1660机器人三维模型图 图2 I R B 1660机器人连杆坐标系表1 A B BI R B 1660机器人D -H 参数表连杆iαi -1/ʎa i -1/mm θi /ʎd i /mm 关节角变化范围/ʎ10θ10-180~1802-90150θ2221-90~15030700θ30-238~794-90110θ484-175~1755900θ50-120~1206-900θ60-180~180其中,a i -1为连接连杆i -1的相邻两关节轴线的公垂线,即连杆的长度;αi -1为相邻的2个关节之间的扭角,即连杆扭角;d i 为a i -1与轴线i 的交点到a i 与该轴交点的距离,即连杆偏距;θi 为a i -1与a i 的延长线间的夹角,即关节角㊂根据D -H 表建立该机器人正运动学方程,相邻连杆间坐标转换通式为: i -1i T =R o t (x ,αi -1)T r a n s (x ,a i -1)R o t (z ,θi )T r a n s (z ,d i )(1)变换矩阵的一般表达式为:i -1iT =c o s θi -s i n θi 0a i -1s i n θi c o s αi -1c o s θi c o s αi -1-s i n αi -1-d i s i n αi -1s i n θi s i n αi -1c o s θi s i n αi -1c o s αi -1d i c o s αi -10001éëêêêêêùûúúúúú(2)将基坐标系o {}至机器人末端坐标系6{}的连杆变换矩阵依次相乘便得到I R B 1660的机器人末端夹持机构相对于基座的总变换矩阵为:06T (θ)=01T (θ1)12T (θ2)23T (θ3)34T (θ4)45T (θ5)56T (θ6)(3) 06T =n x o x a x p x n y o y a y p y n z o z a z p z 0001éëêêêêêùûúúúúú(4)34 第4期 蔡玉强,等:6R 焊接机器人轨迹优化及仿真研究式中,n ㊁o ㊁a []分别为机械臂位姿的方向分量;p []为机械臂的位置分量㊂通过MA T L A B 软件来验证机器人运动模型正确性㊁保证轨迹规划可行性,完成对机器人轨迹的优化设计㊂机器人示教模型如图3所示㊂图3 A B BI R B 1660机器人示教模型为了保证机器人作业过程平稳运行且满足运动学约束条件㊂关节空间中一般采用三次或五次多项式插值,三次插值多项式中加速度存在突变,使得机器人磨损加剧,从而降低工作精度并增加能量消耗;五次插值多项式中加速度虽无突变避免了冲击与振动,但其计算量相对较大且对不同轨迹设计时可能会存在龙格现象,造成电机驱动系统破坏的缺点㊂而3-5-3多项式兼顾两者优点,在多轨迹点规划中有很强的优势,因而被广泛应用㊂其具体方法为将路径分为三段进行设计,即0ңt a ㊁t a ңt b ㊁t b ңt f 分别进行3次㊁5次㊁3次多项式进行插值㊂第j 关节在0ңt a ㊁t a ңt b ㊁t b ңt f 三段的角位移㊁角速度㊁角加速度的函数表达式,即:当0£t £t a 时,表示为: θj 1(t )=a j 10+a j 11t +a j 12t 2+a j 13t 3θ㊃j 1(t )=a j 11+2a j 12t +3a j13t 2θ㊆j 1(t )=2a j 12+6a j13t ìîíïïïï(5)当t a £t £t b 时,表示为: θj 2(t )=a j 20+a j 21t +a j 22t 2+a j 23t 3+a j 24t 4+a j 25t 5θ㊃j 2=a j 21+2a j 22t +3a j 23t 2+4a j 24t 3+5a j25t 4θ㊆j2=2a j 22+6a j 23t +12a j 24t 2+20a j 25t 3ìîíïïïï(6)当t b £t £t f 时,表示为: θj 3(t )=a j 30+a j 31t +a j 32t 2+a j 33t 3θ㊃j3=a j 31+2a j 32t +3a j 33t 2θ㊆j3=2a j 32+6a j 33t ìîíïïïï(7)式中,用t i i =a ㊁b ㊁c ()来表示第i 关节3段插值多项式的时间,θj i 表示第j 关节4个关节角度点㊁a j1i ㊁a j 2i ㊁a j3i (j =1㊁2 6;i =0㊁1㊁2 5)表示第j 关节在任意段路径中插值多项式的系数㊂通过上式计算可得插值多项式系数,其表示关系为:44 华北理工大学学报(自然科学版) 第45卷A =t 3j 1t 2j1t j1100000-1003t 2j 12t j 1100000-1000006t j 12000-20000000000t 5j 2t 4j 2t 3j2t 2j2t j 21000-100005t 4j24t 3j23t 2j 22t j21000-10000020t 3j 212t 2j 26t j22000-2000000000000t 3j3t 2j 3t j 3100000000003t 2j32t j31000000000006t j32000001000000000000100000000000010000000000000000000000000100001000éëêêêêêêêêêêêêêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúúúúúúúúúúúúú(8)a =A -1b =a j 13a j 12a j 11a j 10a j 25a j 24a j 23a j 22a j 21a j 20a j 33a j 32a j 31a j30[]T(9) b =000000θj 300θj 000θj 2θj1[](10)从上述分析可以看出,分段插值多项式系数受到各段时间t 的影响,针对t 合理取值可达到理想效果㊂3粒子群算法3.1 传统粒子群算法粒子群算法的总体思想是针对鸟类群体行为的建模与仿真,提出的一种优化算法㊂通过种群中信息的交流来驱动种群在空间内不断搜索最优解㊂首次生成包含n 个粒子的初始种群X =X 1㊁X 2㊁ X n (),每个粒子X i 表示其对应的一个解向量,每个粒子有一个表示其速度向量的V i 来决定其运动的方向和距离,并且根据粒子本身最优位置和种群最优位置更新其变化速度㊂基于粒子速度来更新粒子的位置用以寻找最优解㊂粒子的位置和速度随着算法迭代按照式(11)进行更新㊂ v k +1i d =ω㊃v k i d +c 1㊃r 1(p i d -x k i d )+c 2㊃r 2(p g d -x k i d )(11) x k +1i d =x k i d +v k +1i d(12)式中,k 为当前迭代次数;x k i d 为第i 粒子在第k 次更新时的d 维分量;v k i d 为第i 粒子在第k 次更新时速度的d 维分量;ω为惯性权重;c 1㊁c 2为学习因子;r 1㊁r 2为[0,1]之间随机数㊂ f i t n e s s =t j 1+t j 2+t j 3(13) θ㊃ji (t )£V j m a x θ㊆ji (t )£A j m a x {(14)式中,V j m a x ㊁A j m a x 分别为机器人各关节运动过程中允许的最大速度㊁加速度㊂3.2 改进粒子群算法传统粒子群算法中各参数固定不变,易陷入局部最优且后期收敛速度慢等问题㊂为优化其性能,平衡全局和局部搜索能力㊂针对ω在线性递减惯性权重的基础上,创新性地提出对其进行非线性处理,对ωm a x -ωm i n ()/N m a x []项进行平方处理,相较于传统的线性递减惯性权重,可更好地让其值在搜索前期保持较大值,以此保证各个粒子在搜索空间内充分飞行,后期保持较小值,充分保证各粒子间信息交流学习;c 1㊁54 第4期 蔡玉强,等:6R 焊接机器人轨迹优化及仿真研究c 2设置为非线性的动态函数,c 1表示个体最大飞行步长,前期其值应较大,c 2表示全局最大飞行步长,后期其值应较大㊂改进后的ω㊁c 1㊁c 2分别见式(15)和式(16)㊂ ω=ωm a x -k ˑωm a x -ωm i n N m a xæèçöø÷2(15) c 1=c m a x -c m a x -c m i n ()s i n 2π2㊃k N m a x éëêêùûúúc 2=c m i n +c m a x -c m i n ()s i n 2π2㊃k N m a x éëêêùûúúìîíïïïï(16)式中,ωm a x 表示惯性权重最大值;ωm i n 表示惯性权重最小值;N m a x 表示最大迭代次数;c m a x ㊁c m i n 分别表示表示学习因子最大值㊁最小值㊂改进后的时间最优轨迹规划流程图如图4所示㊂图4 改进粒子群算法优化流程图4仿真实验与结果分析以改进粒子群算法为基础,结合3-5-3插值多项式对机器人轨迹优化方法的正确性和有效性进行验证㊂采用MA T L A BR 2022a 进行仿真实验研究㊂各关节在各个轨迹点角度见表2,机器人运动轨迹见图5㊂表2 关节角度插值点/ʎ关节编号起始点中间点2中间点3终止点关节11075130100关节22025-45-70关节345-12015-10关节456011020关节51030-6010关节61550802064 华北理工大学学报(自然科学版) 第45卷图5 机器人运动轨迹针对3-5-3插值多项式,需输入预设的机器人三段路径所需时间,求得多项式各系数,该项研究预设三段插值多项式时间均为3s ㊂种群初始化规模为50;迭代次数N m a x 为200;c m a x =2.5㊁c m i n =0.5,c 1㊁c 2在[0.5,2.5]内变化;ωm a x =0.9㊁ωm i n =0.4[15];机器人各关节速度约束条件为θ㊃m a x =[-50,50],加速度约束设置为θ㊆m a x =40㊂由于机器人3个腕关节(关节4㊁5㊁6)轴相交于一点㊂按照P i e pe r 准则,腕关节只改变机器人姿态,对其位置不产生影响㊂故以前三关节为主要研究对象得出结果,将传统粒子群算法与优化后粒子群算法进行对比研究㊂前三关节经过传统粒子群算法与改进粒子群算法优化后,其适应度值曲线如图6所示㊂各关节总用时均不同程度少于传统粒子群算法,对机器人效率的提升具有重要意义㊂另外,在搜索前期粒子群体能够很快地到达全局最优,并且在搜索后期相较于传统粒子群算法可更快地到达局部最优㊂图6 前三关节优化前后适应度值迭代曲线74 第4期 蔡玉强,等:6R 焊接机器人轨迹优化及仿真研究为确保6R 焊接机器人各关节能够稳定㊁高效地完成既定作业轨迹,设定该轨迹起始点及终止点的加速度㊁角加速度均为0,且其中间衔接点处的角速度㊁角加速度均相等㊂机器人仿真实验优化后时间分量见表3,优化前后各关节位置㊁速度及加速度曲线对比见图7㊂表3 优化后各关节时间分量时间/s关节1关节2关节3关节4关节5关节6t 10.5080.1890.6770.4290.3240.343t 20.5510.4030.7730.7431.0650.595t 30.4100.2560.2560.7140.6970.586图7 改进粒子群算法优化前后各关节位置㊁速度㊁加速度曲线图由图7机器人分析可知,各关节的位置㊁速度㊁加速度曲线更为顺滑且耗时更短㊂为保证各关节在每段84 华北理工大学学报(自然科学版) 第45卷路径中有充足时间完成其相应轨迹且满足关节运动在过程中的运动约束,选取6个关节在各分段轨迹中所用时间最大值㊂经过该算法优化后完成该段轨迹所需时间由9s 降低至2.49s ,极大地提高了该型号机器人生产效率,有效保证了机器人在高速运动过程中的稳定性㊂5结论(1)提出一种改进粒子群算法结合3-5-3插值多项式方法来进行轨迹规划,以解决机器人各关节在作业中存在的位置㊁速度㊁加速度突变导致运行过程中不稳定而导致机器人磨损加剧㊁工作寿命降低的问题㊂(2)通过采用优化后的递减惯性权重和非线性动态学习因子的方法,在满足机器人运动学约束的条件下,针对机器人轨迹以时间最优为目标进行优化㊂MA T L A B 仿真实验得出,该方法在保证了各关节角速度㊁角加速度曲线平滑的情况下,使得机械人轨迹运行时间极大降低,使得生产效率大幅度提高㊂因此验证该算法的有效性且相较于其它算法更易于实现,并为其他机器人轨迹优化问题提供借鉴㊂参考文献:[1] 董理,杨东,鹿建森.工业机器人轨迹规划方法综述[J ].控制工程,2022,29(12):2365-2374.[2] 韩亚军,张嘉,刘家英.高精度可重构工业机器人的轨迹规划方法[J ].机床与液压,2020,48(09):29-34.[3] 冯树先,刘益剑,夏慧强,等.焊接机器人轨迹规划与运动仿真方法[J ].制造技术与机床,2020,(11):61-65.[4] 胡渊.基于粒子群算法的D o b o t 机械臂时间最优抓放轨迹规划研究[D ].重庆大学,2022.[5] 李虎,刘泓滨.基于改进P S O 算法的时间最优机械臂轨迹规划[J ].组合机床与自动化加工技术,2023,(01):29-33.[6] 李纯艳,晁永生,陈帅,等.基于改进麻雀搜索算法的机器人能耗最优轨迹规划[J ].组合机床与自动化加工技术,2022,(06):180-182+187.[7] 刘俊辉,周伟.基于三次B 样条的六自由度液压机械臂轨迹规划[J ].机床与液压,2022,50(09):75-80.[8] 苏俊,熊瑞平,温记明,等.基于改进粒子群算法的六自由度工业机器人轨迹规划[J ].制造技术与机床,2022,(10):38-45.[9] 邓镓敏,郭治富,王步康.锚护机器人工作臂的时间最优轨迹规划[J ].煤炭技术,2022,41(05):172-174.[10] 邹慧,周虎,张骐薇,等.基于改进粒子群算法的机器人时间最优轨迹规划[J ].制造业自动化,2023,42(01):107-110+176.[11] 浦玉学,舒鹏飞,蒋祺,等.工业机器人时间-能量最优轨迹规划[J ].计算机工程与应用,2019,55(22):86-90+151.[12] 何建成,李林升,林国湘.基于多目标粒子群算法工业机器人最优轨迹规划[J ].制造业自动化,2021,43(02):57-62.[13] 段倩倩,辛绍杰.基于改进混合粒子群算法的机器人轨迹规划[J ].机床与液压,2022,50(17):50-56.[14] WA N GZ ,L IY ,S HU A IK ,e t a l .M u l t i -o b j e c t i v eT r a j e c t o r y P l a n n i n g M e t h o db a s e do nt h e I m pr o v e dE l i t i s tN o n -d o m i n a t e dS o r t -i n g G e n e t i cA l g o r i t h m [J ].C h i n e s e J o u r n a l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,2022,35(01):81-95.[15] 黄开启,陈翀,刘展飞.基于改进粒子群算法的凿岩机械臂轨迹规划[J ].中国工程机械学报,2022,20(05):401-406.(下转第57页)94 第4期 蔡玉强,等:6R 焊接机器人轨迹优化及仿真研究。
智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控平台建设与应用分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·178·2021年第07期文章编号：2095－6835（2021）07－0178－02智能制造系统的6R工业机器人仿真和监控平台建设与应用分析陶婕，崔宝光（陕西工商职业学院，陕西西安710119）摘要：近年来，工业机器人凭借通用性和可编程性高等优势，在制造行业得到了广泛的应用发展，更重要的是随着科学技术的进步和应用，工业机器人的“智能化”程度越来越高，其在仿真运动以及监控系统设计和实现中都实现了智能制造系统的应用。
6R工业机器人作为当前智能制造业市场份额最大的机器人设备，其拥有6关节或是6自由度的空间串联机械手，能够实现任意角度的操作，因此具有较高的实际应用效率。
基于此，对智能制造系统的6R工业机器人仿真和监控平台设计与实现应用进行了相关研究，旨在能够提升智能制造系统6R工业机器人仿真效果，提高6R工业机器人的应用经济效益和社会效益。
关键词：6R工业机器人；仿真和监控平台；设计实现；应用分析中图分类号：TP242.2文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.07.0766R工业机器人已经广泛地渗透到社会各个经济领域，成为社会制造生产不可或缺的机械设备。
随着人们对智能制造系统要求的提升，要求开发出具有更高仿真性能的工业机器人。
而智能制造系统的6R工业机器人正是当前市场中应用最广泛的工业机器人设备，如何提高智能制造系统的6R 工业机器人的仿真技术成为社会各阶层普遍关注的课题之一。
本文正是基于对工业机器人的运动学模型等相关理念的研究基础，展开对智能制造系统的6R工业机器人仿真和监控平台设计和实现应用。
本文通过D-H方法建立起6R机器人的运动模型，在此基础上利用牛顿-欧拉法理论得到6R机器人的柔性动力学方正，由此建立起6R工业机器人的刚柔耦合仿真模型。
与此同时，还通过无线通信技术，在6R工业机器人上构建起远程监控平台，从而展开6R工业机器人更加高质量、高效率的操作应用。
基于Web的6R机器人轨迹仿真关键技术的研究
基于Web的6R机器人轨迹仿真关键技术的研究
李奕松;李翔龙
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2024(65)9
【摘要】随着计算机技术、5G网络技术、工业互联网技术和先进智能制造等技术的快速发展,传统制造正向智能制造方向转化。
结合Web GL的三维引擎库Three.js和Blender建模软件建模叠装机器人及生产工位,并通过MATLAB仿真数据作为模型数据输入,完成对Web机器人冲片叠装的轨迹规划仿真,并验证机器人模型仿真轨迹的准确性。
【总页数】4页(P15-18)
【作者】李奕松;李翔龙
【作者单位】四川大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.6R机器人逆运动学求解与运动轨迹仿真
2.6R机器人过路径点的轨迹规划与MATLAB仿真
3.6R工业机器人结构设计及运动轨迹规划仿真研究
4.基于ADAMS 与MATLAB的6R机器人运动学分析与轨迹规划联合仿真
5.6R焊接机器人轨迹优化及仿真研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
6R 机器人三维图形运动仿真与奇异形位分析
6R机器人三维图形运动仿真与奇异形位分析刘全浩,胡旭东,江贵龙,李鹏刚（浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江省纺织装备技术重点实验室，浙江杭州 310018）email: hsddzlqh@摘要：本文以staubli 机器人为研究对象，设计开发了6R（六自由度旋转关节）机器人基于三维图形的运动学仿真系统。
该系统用三维形体表示机械手复杂的位置、姿态信息，可对机器人运动学进行求解和实施三维图形仿真，达到了对机器人的末端执行器的准确控制。
利用实时绘出的关节波形图，本文提出了一种新的对机器人运动过程中的奇异形位进行分析的方法。
关键词：机器人；运动学；仿真；图形仿真；奇异中图分类号：TP242.2 文献标识码：AThe Study of Kinematics Simulation of 6R Robot based on 3D GraphicsLIU Quan-hao,HU Xu-dong , JIANG Gui-long ,LI Peng-gang（School of Mechanical & Automatic Control, Zhejiang Province Key Lab of Modern Textile Machinery & Technology, Zhejiang University of Sciences, Hangzhou, 310018）Abstract: This paper took staubli robot for an example and introduced a systemof kinematics simulation of 6R robot. Using three dimension entities to show the complex information for position and pose of actuator, this system presents an accurate solution of staubli manipulator kinematics and can complete three-dimensional dynamic graph simulation. Drawing the values of the 6R joint with time, it provides a useful method to analyze the singular configuration of 6R robot work process.Key words:robot; kinematics; simulation; graphics simulation; singular configuration1引言随着机器人应用领域的不断拓展和对机器人研究的不断深入，机器人仿真系统作为机器人设计和研究的安全可靠，灵活方便的工具，越来越受到重视。
6R机器人的联合仿真
6R机器人的联合仿真杨林;李霆;黄桂武;扶宇阳【摘要】通过MATLAB与SolidWorks之间的文件共享，实现了机器人的联合仿真，从而实现软件开发人员和结构设计人员在某种程度上的协同作业。
首先，建立机器人前置连杆坐标系，运用MATLAB机器人工具箱仿真模型。
再从SolidWorks环境下获取机器人示教点数据，供MATLAB调用，完成机器人的力学数值仿真；然后利用SolidWorks Motion环境，完成系统的三维实体运动仿真与验证。
该方法为仿真设计工作提供了一种快速有效的途径。
%The Robot Co-Simulation is achieved through file sharing between MATLAB and SolidWorks,consequently the collaboration is realized between software workers and structure designers at some extent. First the robot front Link coordinate systems and simulation model are established. Then the robot teaching points data are gotten from SolidWorks surroundings for the calling of MATLAB,the robot mechanical numerical simulation is accomplished. At last three-dimensional entity motion simulation and verification of the system is completed with SolidWorks Motion surroundings. This method provides a fast and effective approach for simulation design.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】5页(P60-64)【关键词】MATLAB;SolidWorks;联合仿真【作者】杨林;李霆;黄桂武;扶宇阳【作者单位】五邑大学机电学院，广东江门 529020; 广东科杰机械自动化有限公司，广东江门 529020;五邑大学机电学院，广东江门 529020;广东科杰机械自动化有限公司，广东江门 529020;五邑大学机电学院，广东江门 529020【正文语种】中文【中图分类】TP242.20 引言MATLAB软件主要是面对科学计算、可视化及交互式程序设计的环境，它的基本数据单位是矩阵。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
： １０／； 节 Ａｘｓ 的 转 角 变 量 范 围 为 ５ 。ｓ 关 ｉ ２
一
１０～１０ ， 大角速度为 ０ 。 １。最
＝１０／； ５ 。ｓ关节
１ 虚 拟 样 机 技 术
虚 拟样 机 技术 就 是 在 制 范 围为 一６ 。 ５ ， 大 角 速 度 Ｏ ～６ 。最 为 叫 氇 １０ ／ ； 节 Ａ ｉ ｎ ＝ ５ 。ｓ 关 ｘｓ 转 角 变 量 范 围 为 ４的
２． 添 加 运 动 关 联 ３ 在 Ｓ 环境 下 调 入 基 于 ＡＤ Ｗ ＡＭＳ解 决 方 案 引 擎创建 的 Ｃ ＭＯ Ｍｏｋｎ动 力 学 仿 真 分 析 插 件 ， （ Ｓ ｔ） 运行 并导 入仿 真模 型 ， 系统 自动 将最 先 导入 的构 件 定 义为 固定构 件 （ 先导 入 的底 座为机 架 ）其 后导 人 ， 的构件 为活 动构 件 ， 可 手 动 进 行修 改 ， 动 分 析 也 运 模 块 也遵循 这 样 的原 则 。根 据 机 构 的运 动 机 理 在
案 引擎 创建 的 Ｃ ＭＯ Ｍｏｉ ＯＳ Ｓ ｔ ｎ动 力学 仿真 分 析插 ｏ 件 ， 于建 立运 动机构 模 型 ， 行干 涉分 析 ， 踪零 用 进 跟 件 的运 动轨 迹 ， 分析 机构 中零件 的速 度 、 加速 度 、 作
用力 、 反作用力等 ， 以图形 曲线 、 数据表格等形式输 出， 其分析结果可用于机构、 零件的结构 、 材料的优 化， 以提高产 品质 量 和机 械设计 效率 』 。
一
２ ０ ～２ （ ， 大 角 速 度 为 ０ 。 ０ 。最 】
： ３ ０ ，； 节 ６ 。ｓ 关 Ｉ
在 计算 机 上建立 设计 对象 的虚 拟模 型机 ， 并完 成设 计 对 象功 能 的可行性 及其 工作 性能 的分 析 ， 以更好 地 理解 系统 的运 动 、 动力 特性 ， 比较设 计 方案 ， 化 优
中图分 类 号 ： Ｈ１ ４ Ｔ ６
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ２—１ １ （ ０ １ １ —０ ７ １７ ６ ６ ２ １ ）９ ０ ９一Ｏ ３
随着科学技术的发展 ， 计算机 的普及应用 ， 机
器人 技术 已 日趋成 熟 ， 汽 车工 业 、 在 电子 工 业 的产 品生产 线 、 配 线 上 已大 量应 用 机 器 人 作业 ， 装 以提 高产 品质 量和 工 作 效率 。 由于 机器 人 的 自由度 大 多大 于三维 ， 动 参 数 的 确定 并 不 惟 一 ， 其 轨 迹 运 对 特别 是空 间轨 迹 的规 划更 加 困难 。
・
应用研究・
孙延娟
陈丽敏
杜迎宇
基于 Ｓ 平台的 ６ Ｗ Ｒ机器人的仿真研究
．９ ７
基于 Ｓ 平 台的 ６ Ｗ Ｒ机 器 人 的仿 真研 究
孙 延娟 ， 陈丽敏 ， 杜迎 宇
●
（ 长春 职业技 术学 院 工 程分 院 ， 吉林 长春
１０３ ） ３ ０３
摘要 ： 了更好 地进 行 ６ 为 Ｒ型机 器人 轨迹 的规 划和 工作 任务 的拟 定 ， 用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 的 虚拟 样机 使 ｏｉ ｒ ｓ ｄ 技 术插 件 Ｃ Ｍｏ Ｍｏｉ ｏＳ Ｓ ｔ ｎ对拟 定 的 ６ 型机 器人 工作 任 务进 行 逆 过 程 仿 真 ， 到 了相 关运 动 参 ｏ Ｒ 得
数， 为机 器人 的物理 机 工作轨 迹 规 划提 供 了可 行 性数 据 。该 种 基 于 Ｓ ｌ Ｗ ｏｋ 平 台的机 器人 逆 ｏｉ ｄ ｒＳ
过程仿真方法能为机器人的轨迹规 划快速提供运动参数， 高设计质量 ， 提 缩短设计周期， 使得 并
行 设 计 的优 势得 到 充分 的发挥 。 关 键词 ： 器人 ；Ｗ ； Ｏ ＭｏＳ ｔ ｎ 仿 真 机 Ｓ Ｃ Ｓ Ｍｏｉ ； ｏ
各关 节 具有 不 同 的运 动 范 围 。其 中前 ３个 自由度 实现 机器人 末端 的空 间位 置 ， 部 ３个 自由度 实现 腕 机 器人 的末 端姿 态 。具 体 运 动 参数 是 ： 关节 Ａ ｉ ｘｓ ｌ一
的转 角 变 量 范 围 为 一１０ ～ １０ ， 大 角 速 度 为 ８ 。 ８。最
８ ０
２１ ０ １年 １ ０月 中 国制 造业 信 息化
第４ ０卷
第 ｌ 期 ９
器人 的运 动机 理 进 行 装 配 。 图 ２所 示 为 机 器 人 的
部 分 主要 零部 件和 装 配体 的三维 设计 模 型 。
Ｊ 、 臂
回转体
大臂
底座
机器人装配
图 ２ 部 分 零部 件 和 装 配 体 的 三 维模 型
Ａｉ ｘｓ ５的转 角变 量 范 围 为 一１０ ～ １０ ， 大 角 速 ２ 。 ２ 。最 度 为
一
：３０／； 节 ？ｘｓ ６ 。ｓ关 ￣ｉ ６的转 角变 量 范 围为
４ ０～４ ０， 大角速 度 为 ∞ ＝４０／。 ０ 。 ０ 。最 ５ 。ｓ
设计。而 ｓ ｌｗｏ ｓｓ 的 Ｃ Ｅ应用插件 Ｃ Ｓ Ｏｄ ｒ （ｗ） Ａ ｉ ｋ Ｏ— ＭＯ Ｍｏｉ Ｓ ｔ ｎ仿真 分 析模块 是 基 于 Ａ ＭＳ解 决方 ｏ ＤＡ
种６ 个运动关节均为转动的（Ｒ型） ６ 机器人 ， 由
底座 、 转 部 件 、 腰 大臂 、 臂和 腕部 等部 件 组成 ， 小 其
收稿 日期 ：０ １ ８—１ ２ １ —０ ２
作者 简介 ： 孙延娟 （９ ０ ， ， １６ 一）女 吉林长春人 ， 长春职业技 术学 院教授 ， 主要研究方 向为机械工程及 自动化。
２ 机 器 人 建模
２ １ 物 理 样 机 ．
机 器 人 物 理 样 机 原 型 为 Ａ Ｂ 公 司 生 产 的 Ｂ ＩＢ一２０ ／０型工业 机器 人 （ 图 １ 示 ） Ｒ ４０１ 如 所 。这 是
一
图 １ Ｉ 机 器人 物 理 样 机 ＲＢ
２ ２ 建 立仿 真模 型 ．
根据 ＩＢ一２ ０ ／０型工业 机器人物理样机 Ｒ ４０ １ 的主要参数 ， 确定各个节点的位置和各杆件的结构 尺寸 ， 按原型基于 Ｓ 进行草图绘制 、 Ｗ 拉伸 、 切除等 特征操作 ， 建立各构成零件模 型 ， 自底而上按机 并