沿轨道运动的六自由度机械手运动学仿真研究
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言六自由度机械臂，以其出色的灵活性、灵活的运动空间以及复杂的运动能力，在现代自动化工业和高端科技领域有着广泛的应用。
本篇论文旨在介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真。
通过详细阐述系统设计、控制策略以及运动学仿真结果，为六自由度机械臂的研发与应用提供理论依据和实验支持。
二、系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分。
其中，机械臂本体采用串联式结构设计，通过六个关节的协调运动实现六自由度。
驱动器选用高性能直流无刷电机，并配备高精度减速器以提高控制精度。
传感器包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。
控制单元采用高性能微处理器，负责接收传感器信息、处理控制指令并输出控制信号。
2. 软件设计软件设计主要包括控制系统算法设计和人机交互界面设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态调整等模块，通过优化算法提高机械臂的运动性能和控制精度。
人机交互界面采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。
三、控制策略1. 运动规划运动规划是六自由度机械臂控制系统的重要组成部分，主要任务是根据任务需求规划出合理的运动轨迹。
本系统采用基于规划的方法，通过预设的运动路径和速度参数，使机械臂按照规划的轨迹进行运动。
同时，采用动态规划算法对机械臂的运动进行实时调整，以适应外部环境的变化。
2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是六自由度机械臂控制系统的核心部分，主要任务是使机械臂在运动过程中始终保持正确的姿态和位置。
本系统采用基于PID控制算法的轨迹跟踪策略，通过实时调整控制信号，使机械臂能够准确、快速地跟踪预设的轨迹。
同时，针对机械臂在运动过程中可能出现的扰动和误差，采用鲁棒性较强的控制策略进行优化。
四、运动学仿真为验证六自由度机械臂控制系统的设计效果和运动性能，我们进行了运动学仿真实验。
通过建立三维模型，模拟机械臂在不同任务下的运动过程，并分析其运动轨迹、姿态调整和速度变化等关键参数。
六自由度机械臂动力学仿真分析
• 52 •内燃机与配件六自由度机械臂动力学仿真分析高程远(湖北省宜昌市第一中学，宜昌443000)摘要：随着工业自动化的不断发展，机械臂在自动化生产车间的应用日趋广泛。
本文通过对一种六自由度机械臂的结构分析，了解其工作及传动原理。
利用计算机辅助设计软件对其进行三维建模，并在动力学分析软件中进行扭矩仿真分析，为其结构设计及关节 处电机选型提供参考。
关键词：六自由度机械臂;建模;仿真分析;扭矩1机械臂概述机械手作为人手的替代物，能在高温、腐蚀性、有毒等 危险环境中替代人工完成特定的工作任务，在精度较高，重复性较大的工作任务中能显示出独特的效果。
机械手臂 可在空间中抓取、放置、搬运物体等，其动作灵活多样，在自动化生产中应用广泛。
机械臂的控制参数极其复杂11]，如果仅靠人为输入，不仅效率极低下，而且错误率也会相当高。
因此引入“机械臂 逆运动学”概念。
机械臂逆运动学与运动学有着本质的区 别，所谓的运动学，即是在输入参数与变量的条件下机械 臂在执行过程中的运动特性；而逆运动学，就是在人为设 计其运动方式与末端执行方式后，计算机自行推导出机械 臂的控制参数，并找出符合要求的最优解，从而省去了繁 杂的人工计算[2]。
由此，对机械臂逆运动学的理论分析的优 势可见一斑。
在机械臂的硬件设备设计上不能落后，在确定机械臂 的任务需求后需确定自由度的数目、工作空间、负载能力、速度、重复精度和定位精度等，运用组合笛卡尔机械臂、关节型机械臂、SCARA机械臂等基本初等运动学构形来组 装我们想要的机械臂。
这其中，要寻求最适合的驱动方式，传动方式等，这就要在不同的驱动器、传动装置中进行合 理选择组装，在测试过程中还要装上力传感器，运动传感 器等进行检测[3]。
2机械臂建模及仿真分析原理2.1利用SolidWorks软件构建模型本文中利用三维建模分析软件Solidworks对机械臂 各部分进行建模并对机械臂进行装配。
同Word文档一样，SolidWorks软件的使用同样包括打开、新建、保存等基 本操作步骤。
六自由度机械臂的运动控制分析及仿真研究-温鹏飞
六自由度机械臂的运动控制分析 及仿真研究
作者姓名 温鹏飞 指导教师 张亮有
郑智宏 工程领域 机械工程 学习年限 2013 年 3 月－2018 年 5 月
二○一八 年 四 月
独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导 下独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技大学。 如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关 的内容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献 资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的成果。
In the end, we use polynomial to plan the motion trail, then carry out the simulation research. The cubic polynomial involves less variables and simple calculation, so cannot be used to simulate the posture variable. It can be solved by five-degree polynomial. The motion trail of mechanical arm is planned by model simulating and neural network technology. Matlab is used to redesign the artificial neural network, plan the motion trail and carry out the simulation research on industrial robots.
Secondly, we create the simplified kinetics model of mechanical arm, analyze the results, and then reveal how the motion of mechanical arm relates to its joints. Joint activities include speed, angular accelerated speed, the relationship between joint movement and inertial force. The rotation of mechanical arm s affected by inertial force, and the magnitude of the force between the joints. We solve it by establishing matrix equation, which involves the solution of multivariable by the Newton Euler equation, and the relevant quantity. Finally, the movement control of the manipulator is verified.
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：近年来，随着工业自动化的快速发展，机械臂在生产制造领域的应用越来越广泛。
作为工业机器人的重要组成部分，机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点。
本文围绕六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真展开研究，通过对机械臂的结构、动力学模型和运动学原理的分析，设计了一套完整的机械臂控制系统，并进行了运动学仿真验证实验。
研究结果表明，该控制系统能够实现六自由度机械臂的准确控制和精确运动。
关键词：六自由度机械臂，控制系统，运动学仿真，结构分析，动力学分析1. 引言机械臂是一种能够替代人工完成各种物体抓取、搬运和加工任务的重要设备。
随着工业自动化程度的提高和生产效率的要求，机械臂在生产制造行业中的应用越来越广泛。
机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点，尤其是六自由度机械臂。
六自由度机械臂具有较大的运动自由度，在复杂任务中具有更强的工作能力和适应性。
因此，研究六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真对于改善机械臂的性能和应用具有重要意义。
2. 机械臂结构分析六自由度机械臂的结构由底座、第一至第六关节组成。
底座作为机械臂的固定支撑，通过第一关节与机械臂连接。
第一至第四关节形成了前臂部分，决定了机械臂的悬臂长度。
第五关节和第六关节分别为腕部和手部，负责完成机械臂的末端操作。
结构分析可以为后续的动力学和运动学建模提供基础。
3. 动力学模型机械臂的动力学模型是基于牛顿第二定律和欧拉定理建立的。
通过考虑机械臂各关节的质量、惯性和振动特性，可以对机械臂的力学性能进行描述。
动力学模型的建立是机械臂控制系统设计的重要基础。
4. 运动学原理机械臂的运动学原理研究机械臂的位置、速度和加速度之间的关系。
通过运动学原理可以确定机械臂的姿态和末端位置，实现机械臂的准确定位和精确控制。
运动学原理是机械臂控制系统设计和运动学仿真的重要内容。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，机械臂已成为自动化生产线上不可或缺的一部分。
六自由度机械臂因其高度的灵活性和适应性，在工业、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。
二、六自由度机械臂结构及特点六自由度机械臂主要由关节、驱动器、控制系统等部分组成。
其结构包括六个可独立运动的关节，通过控制每个关节的旋转角度，实现空间中任意位置的到达。
六自由度机械臂具有较高的灵活性和工作空间，适用于复杂环境下的作业。
三、控制系统设计（一）硬件设计控制系统硬件主要包括微处理器、传感器、执行器等部分。
微处理器负责接收上位机指令，解析后发送给各个执行器；传感器用于检测机械臂的位置、速度、加速度等信息，反馈给微处理器；执行器则根据微处理器的指令，驱动机械臂进行运动。
（二）软件设计软件设计包括控制系统算法和程序设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态控制等，通过算法实现对机械臂的精确控制。
程序设计则包括上位机程序和下位机程序，上位机程序负责发送指令，下位机程序负责接收指令并执行。
四、运动学仿真运动学仿真是指通过数学模型对机械臂的运动过程进行模拟，以验证控制系统的正确性和可靠性。
运动学仿真主要包括正运动学和逆运动学两部分。
（一）正运动学正运动学是指通过关节角度计算机械臂末端的位置和姿态。
通过建立机械臂的数学模型，利用关节角度计算末端执行器的位置和姿态，为后续的轨迹规划和姿态控制提供依据。
（二）逆运动学逆运动学是指根据机械臂末端的位置和姿态，计算关节角度。
通过建立逆运动学方程，将末端执行器的目标位置和姿态转化为关节角度，实现对机械臂的精确控制。
五、实验与分析通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的设计和运动学仿真的正确性。
实验结果表明，控制系统能够实现对机械臂的精确控制，运动学仿真结果与实际运动过程相符。
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论
基于PROE六自由度机械手参数化建模及运动仿真概论基于PRO/E（Pro/ENGINEER）六自由度机械手参数化建模及运动仿真（Introduction to Parametric Modeling and Motion Simulation of a Six Degree-of-Freedom Robot Arm Based on PRO/E）是一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法和运动仿真技术的概念介绍。
机械手是一种能够执行预定动作的自动机器人系统，在工业领域被广泛应用。
参数化建模和运动仿真是机械手设计与验证的重要工具，可以提高设计效率和减少实验成本。
首先，本文介绍了 Pro/E 软件的基本原理和特点。
Pro/E 是一种三维 CAD（计算机辅助设计）软件，具有强大的参数化建模和运动仿真能力。
它可以通过调整参数来改变模型的形状和尺寸，以便满足不同的设计要求。
Pro/E 还提供了强大的运动仿真功能，可以模拟机械手在不同工况下的运动特性。
接下来，本文详细介绍了机械手的六个自由度，即机械手可以在三维空间中进行平移和转动的六个方向。
机械手的自由度决定了它的灵活性和工作范围。
参数化建模是在 Pro/E 软件中定义机械手的结构和参数，以便能够根据实际需求对机械手进行定制化设计。
然后，本文提出了一种基于 Pro/E 软件的机械手参数化建模方法。
通过定义机械手的几何尺寸、关节角度和连杆长度等参数，可以实现对机械手结构和工作范围的快速调整。
参数化建模可以大大加快机械手的设计过程，减少人工调整的工作量。
最后，本文介绍了基于 Pro/E 软件的机械手运动仿真技术。
通过给定关节的运动规律和工作环境的约束条件，可以模拟机械手在不同运动状态下的姿态和运动轨迹。
运动仿真可以帮助设计师评估机械手的性能和可靠性，并进行优化设计。
总结起来，基于 Pro/E 的六自由度机械手参数化建模和运动仿真技术是一种高效、准确和可靠的机械手设计方法。
六自由度机器人本体设计及轨迹规划与虚拟仿真
1.2国内外工业机器人技术的研究现状
如果要达到对工业机器人的轨迹进行控制的目的，首先就要知道工业机器人在工作空间中的位置和姿态，即工业机器人末端点在工作空间的位置和姿态。所谓工业机器人的运动学分析，即求解该机器人的驱动部件与执行部件之间的位置、速度以及加速度之间的关系，进而求解该工业机器人在工作空间中的末端执行器的位置和姿态。工业机器人是一个开环结构，机器人结构是通过改变机器人各部件的关节变量来改变机器人末端点在空间的位姿。求解机器人运动学问题的基础方法是D-H方法，该方法是通过求解机器人各连杆以及连杆之间的参数来建立机器人参数模型进而求解机器人运动学。工业机器人运动学问题主要包含正运动学求解以及逆运动学求解。工业机器人逆解问题相对来说是更加重要的问题，因为求解机器人逆解的存在性以及运算的快速性对机器人的控制的精准性具有重要影响，因此机器人逆解的求解是国内外学者的研究重点并发明了诸多研究方法。现阶段求解机器人逆运动学方法主要分为三种，分别为解析法[6,7]、数值法[8]、几何法[9]以及其他一些算法等。
六自由度机械手运动分析
六自由度机械手毕业论文专业机械设计制造及其自动化课题多自由度机械手机械设计摘要文中设计了一种六自由度机械手。
该机械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夹爪组成，采用步进电机驱动，单片机控制。
手臂的尺寸与人手臂的大小相当。
手臂的运动主要包括：腰部转动，大手臂摆动，小手臂摆动，手腕摆动，手腕转动，夹爪夹取。
此手臂的空间活动半径0.5m，定位精度为5mm.它能够抓取重量较轻的物体，并放到预定位置。
该机械手有过载保护以及断电空间位置的自锁功能.可以用于教学演示，或者在有放射性的环境中完成特定工作。
文中对机械手进行了正运动学分析, 采用齐次坐标变换法得到了机械手末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系,并完成了总体机械结计、步进电机选型、蜗轮蜗杆及带传动比的确定以及部分重要零件的设计。
关键词：机械手六自由度步进电机同步带。
AbstractA kind of manipulator of six degrees of freedom has been designed in this paper. This manipulator is made up of the foundation, the waist, the big arm, the small arm, the wrist, and the claw; the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Locomotion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is 0.5m, and the accuracy is 5 mm. It can pick the light-weight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position self-lock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been completed.Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band.目录目录 (4)1 绪论 (6)1.1 国内机械手研状 (6)1.2 机械手的构成 (7)1.3 机械手的发展趋势 (9)1.4 本设计课题的背景和意义 (9)2 机械手的总体方案设计 (10)2.1 机械手基本形式的选择 (10)2.2 机械手的主要部件及运动 (11)2.3 驱动机构的选择 (12)2.4 传动机构的选择 (12)3机械手的数学建模 (12)3.1 机器人数学基础 (12)3.2 机器人的运动学方程 (13)4 机械手的整体设计计算 (15)4.1 手部设计基本要求 (15)4.2 典型的手部结构 (16)4.3 机械手手指的设计计算 (16)4.3.1 选择手抓的类型和加紧机构 (16)4.3.2手抓加紧力与驱动力的力学分析 (16)4.4 驱动电机的选择 (17)4.4.1 手指张合电机的选择 (17)4.4.2 手腕电机的选择 (19)4.4.3 大手臂摆动电机的选择 (19)4.4.4 小手臂摆动电机的选择 (20)4.4.5 手腕摆动电机的选择 (20)4.4.6 底座转动电机的选择 (21)4.5 涡轮蜗杆、带轮的选择及传动比的确定 (21)4.5.1 底座电机处涡轮蜗杆的传动的确定 (21)4.5.2 大手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (22)4.5.3 小手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (23)4.5.4 手腕摆动电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (24)4.6 小手臂摆动处轴的校核 (25)5 总结与展望 (29)谢辞 (30)[参考文献] (31)附录一科技文献翻译 (32)附录二毕业设计任务书与开题报告 (46)多自由度机械手机械设计1 绪论机械手 (manipulator)是一种能按给定的程序或要求，自动地完成物体(材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人来进行繁重、危险、重复等手工作业。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真一、本文概述随着机器人技术的快速发展，六自由度机械臂作为一种重要的机器人执行机构，在工业自动化、航空航天、医疗手术等领域得到了广泛应用。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真研究对于提高机械臂的运动性能、优化控制策略以及实现高精度操作具有重要意义。
本文旨在深入探讨六自由度机械臂控制系统的设计原理与实现方法，并通过运动学仿真验证控制系统的有效性和可靠性。
本文将首先介绍六自由度机械臂的基本结构和运动学原理，包括机械臂的正运动学和逆运动学分析。
在此基础上，详细阐述六自由度机械臂控制系统的总体设计方案，包括硬件平台的选择、控制算法的设计以及传感器的配置等。
接着，本文将重点介绍控制系统的核心算法，如路径规划、轨迹跟踪、力控制等，并分析这些算法在六自由度机械臂运动控制中的应用。
为了验证控制系统的性能，本文将进行运动学仿真实验。
通过构建六自由度机械臂的运动学模型，模拟机械臂在不同工作环境下的运动过程，并分析控制系统的实时响应、运动精度以及稳定性等指标。
本文将总结六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真的研究成果，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为六自由度机械臂控制系统的设计与优化提供理论支持和实践指导，推动机器人技术在各领域的广泛应用和发展。
二、六自由度机械臂基本理论六自由度机械臂，又称6DOF机械臂，是现代机器人技术中的重要组成部分。
其理论基础涉及机构学、运动学、动力学以及控制理论等多个领域。
六自由度机械臂之所以得名，是因为其末端执行器（如手爪、工具等）可以在三维空间中实现六个方向上的独立运动，包括三个平移运动（沿、Y、Z轴的移动）和三个旋转运动（绕、Y、Z轴的转动）。
机构学基础：六自由度机械臂的机构设计是其功能实现的前提。
通常，它由多个连杆和关节组成，每个关节都有一个或多个自由度。
通过合理设计连杆的长度和关节的配置，可以实现末端执行器在所需空间内的灵活运动。
六自由度机械手实验报告 (2)
六自由度机械手实验报告学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自114学号：********学生姓名：郭2014年12月30日六自由度机械手实验报告一、机械手介绍六自由度机器手是由六个关节组成，每个关节上安装一个电动机，通过控制每个电动机旋转，就可以实现机械手臂的空间运动。
本实验做的六自由度的机械手臂是能实现物品的抓取和移位的机械自动控制机构。
该六自由度机械手臂的底座能进行大角度转动，实现机械抓取物体的移位；关节的俯仰和摆动能实现机械手臂不同位置的抓取物体；手部关节部分关节的变换，手腕的末端安装一机械手，机械手具有开闭能力，能实现物体的抓取和放下。
每个关节自由度都是用电动机转动来实现机械手臂的转动、俯仰和摆动等运动。
六自由度机械手臂每个关节处都有一个小型电机控制，分别能实现个关节的转动、俯仰等动作。
各个电机用采用AT89S52单片机片控制，通过单片机输出程能实现六个电机按照规定角度运动，从而带动关节的运动。
二、机械手的结构1、机械部分本实验中六自由度机械手的机械系统包括机身、臂部、手腕、手部。
图1机械手臂的实物图图2机械手臂的结构简图系统共有6个自由度，分别是a.基座的回转、b.连杆一转动、c.连杆二转动、d..手腕转动、e.手腕旋转、f..手部开合。
前面三个关节确定手部的空间位置，后面三个关节确定手部的姿态。
图3 自由度2、控制部分1、人机通信模块控制系统是机器人的大脑，它的性能优劣直接影响到机器人的先进程度和功能强弱。
机械人控制涉及自动控制，计算机，传感器、人工智能、电子技术和机械等多学科的内容，是一项跨多个学科的综合性技术。
本实验机器人控制系统的硬件由单片机AT89S52、运动控制模块、驱动模块和通讯模块组成。
其单片机AT89S52模块如下图3.1所示，该模块由一块AT89S52单片机、串行口通信接口、转串口下载线连接接头、电源接口、开关、信号输出口Q等组成。
图4 单片机AT89S52模块图2、舵机驱动模块该舵机驱动模块采用的是parallax公司生产的16路舵机控制模块，其包括16路舵机控制线接口、单片机通信接口、舵机驱动电源接口、开关、复位键、控制芯片等部分组成。
六自由度机械臂轨迹规划及优化研究
六自由度机械臂轨迹规划及优化研究一、本文概述理论基础与问题阐述：本文将系统梳理六自由度机械臂的数学模型，包括其笛卡尔坐标系下的运动学逆解与正解、动力学建模，以及关节空间与操作空间之间的转换关系。
在此基础上，明确阐述轨迹规划与优化所面临的关键问题，如奇异位形规避、关节速度与加速度限制、路径平滑性要求、动态负载变化等因素对规划算法设计的影响。
轨迹规划方法：针对上述问题，我们将探讨和比较多种有效的轨迹规划策略。
这包括基于插值的连续路径生成方法（如样条曲线、Bzier曲线），基于优化的全局路径规划算法（如RRT、PRM等），以及考虑机械臂动力学特性的模型预测控制（MPC）方法。
对于每种方法，将详细分析其原理、优势、适用场景及可能存在的局限性，并通过实例演示其在典型任务中的应用效果。
轨迹优化技术：在基本轨迹规划的基础上，本文将进一步探究如何运用先进的优化算法对初始规划结果进行精细化调整，以达到性能最优。
这包括使用二次规划、非线性优化、遗传算法等手段对轨迹的关节角序列、时间参数化、能量消耗等指标进行优化。
还将讨论如何引入避障约束、柔顺控制策略以及自适应调整机制，以增强机械臂在复杂环境和不确定条件下的适应性和鲁棒性。
实验验证与性能评估：本文将通过仿真研究与实际硬件平台上的试验，对所提出的轨迹规划与优化方案进行详细的验证与性能评估。
实验设计将涵盖多种典型应用场景，考察规划算法的计算效率、轨迹跟踪精度、能耗表现以及对意外扰动的响应能力。
实验结果将以定量数据与可视化方式呈现，以便于对比分析和理论验证。
本文致力于构建一套全面且实用的六自由度机械臂轨迹规划与优化框架，为相关领域的研究者和工程技术人员提供理论指导与实践参考，推动六自由度机械臂技术在实际应用中的效能提升与技术创新。
二、六自由度机械臂系统建模在六自由度机械臂的研究与应用中，系统建模是一个关键环节。
本节将重点讨论六自由度机械臂的数学建模，包括其运动学模型和动力学模型。
飞机六自由度模型及仿真研究
飞机六自由度模型及仿真研究一、本文概述随着航空工业的快速发展和飞行器设计的日益复杂化，对飞机动力学特性的理解和分析变得越来越重要。
其中，飞机的六自由度模型是理解和分析飞机动力学特性的基础工具。
本文旨在深入探讨飞机六自由度模型的建立过程，以及基于该模型的仿真研究。
我们将首先介绍飞机六自由度模型的基本概念和理论框架，然后详细阐述模型的建立过程，包括动力学方程的推导、运动学方程的构建以及控制逻辑的设计。
在此基础上，我们将展示如何利用该模型进行仿真研究，包括飞行轨迹的模拟、飞行稳定性的分析以及飞行控制策略的优化等。
我们将总结飞机六自由度模型及仿真研究的重要性，并展望未来的研究方向和应用前景。
本文的目标读者包括航空工程领域的学者、工程师以及研究生，希望通过本文的阐述，能够帮助读者更好地理解和掌握飞机六自由度模型及仿真研究的相关知识和技术。
我们也希望本文的研究能够对飞行器设计、飞行控制以及飞行安全等领域的发展提供一定的理论支持和实践指导。
二、飞机六自由度模型建立在飞行动力学中，飞机的运动可以分解为六个自由度：三个沿坐标轴的平动（纵向、横向和垂直）和三个绕坐标轴的转动（滚转、俯仰和偏航）。
六自由度模型的建立是飞行仿真研究的基础，它能够全面、准确地描述飞机的空间运动特性。
我们需要定义飞机的坐标系和参考坐标系。
通常采用机体坐标系来描述飞机的姿态和运动，而地面坐标系或惯性坐标系则用于描述飞机的位置和速度。
在机体坐标系中，飞机的滚转、俯仰和偏航运动可以通过欧拉角来描述。
接下来，根据牛顿第二定律和动量矩定理，建立飞机的运动方程。
这些方程包括沿三个坐标轴的平动方程和绕三个坐标轴的转动方程。
平动方程描述了飞机的加速度与所受合力的关系，而转动方程则描述了飞机的角加速度与所受合力矩的关系。
在建立运动方程时，需要考虑飞机的质量、质心位置、惯性矩等参数，以及作用在飞机上的各种力（如重力、推力、升力、阻力等）和力矩（如滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩等）。
六自由度工业机器人的建模与仿真研究共3篇
六自由度工业机器人的建模与仿真研究共3篇六自由度工业机器人的建模与仿真研究1六自由度工业机器人的建模与仿真研究随着工业自动化的不断发展，工业机器人已经成为工厂中不可或缺的重要设备之一。
其中，六自由度工业机器人因其具有灵活性强、运动范围广等优点而得到广泛应用。
因此，对于六自由度工业机器人的建模和仿真研究具有非常重要的意义。
一、六自由度工业机器人的概述六自由度工业机器人是指具有6个自由度的工业机器人，通常由机身、驱动器和控制器组成。
其中，机身由臂、手和手腕组成，可根据任务需求进行操作或载物。
驱动器是机身各部分的驱动器件，常用的驱动器有电机、气缸等。
控制器是控制机器人的核心部分，可完成运动的规划、控制和反馈等。
二、六自由度工业机器人的建模六自由度工业机器人的建模是建立机器人的数学模型，目的是为了分析机器人的运动规律和控制过程，同时也是设计自动控制器的重要基础。
1. 正向运动学模型正向运动学模型是指将机器人的变量作为输入，根据手臂各段的长度和角度、各关节的偏转角度等信息，计算机器人的末端位置、姿态等信息的模型。
这个模型对机器人的分析非常重要，因为它可以方便地解决机器人的直观显示、位置控制等问题。
在建模时，需要对机器人进行分段处理，每一段均要计算其末端的位置和姿态信息，并将其传递到下一段中。
2. 逆向运动学模型逆向运动学模型是指将机器人所需的输出信息作为输入，根据末端位置、姿态等信息，反推出机器人各关节需要转动的角度等信息的模型。
这个模型对机器人的姿态调节、轨迹规划等问题非常重要。
3. 动力学模型动力学模型是指对机器人的力学特性进行建模，为机器人的运动规划和控制提供必要的参考和依据。
在建模时，需要考虑力、转矩、惯性等因素，并通过控制器控制机器人的动作。
三、六自由度工业机器人的仿真研究仿真是对机器人进行数字化模拟的过程。
通过仿真，可以在事先构建好的环境中，对机器人进行各种测试和优化，进而提高其运动精度、速度和稳定性等。
六自由度机械手的运动轨迹规划与仿真
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ａｕｇ������ ２０１８ Ｖｏｌ������ ４６ Ｎｏ������ １５
ＤＯＩ： １０．３９６９ ／ ｊ������ ｉｓｓｎ������ １００１－３８８１������ ２０１８������ １５������ ０１４
六自由度机械手的运动轨迹规划与学院， 江苏南京 ２１００９４； ２． 江苏科技大学机械工程学院， 江苏苏州 ２１５６００）
摘要： 轨迹规划是影响六自由度机械手运动学性能， 保证其平稳快速完成指定任务的重要内容。 文中基于 Ｄ－Ｈ 坐标 系， 建立机械手运动学模型， 求解正、 逆运动学方程。 采用 ４－３－４ 多项式关节插值算法， 对六自由度机械手进行轨迹规 划。 利用 ＭＡＴＬＡＢ 对机械手进行运动学仿真， 输出各关节位置、 速度及加速度曲线。 基于仿真结果， 将 ４－３－４ 轨迹规划方 法与三次多项式轨迹规划进行比较， 结果表明： ４－３－４ 多项式插值轨迹规划方法可以保证机械手平稳快速地到达期望位 姿， 完成指定任务。
ＸＩＡＯ Ｚｈｅｎｎａｎ１， ＳＨＥＮ Ｙｉ２， ＮＩ Ｃｈｅｎｙｉ１ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００９４， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｓｉｘ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ； Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ； Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ； Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ； Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：机械臂在现代工业自动化领域中扮演着重要的角色。
为了更好地应对复杂的工业任务，提高生产效率和精度，本文设计了一套六自由度机械臂控制系统，并利用运动学仿真进行了验证。
文章首先介绍了机械臂的概念及其应用领域，然后详细介绍了六自由度机械臂的结构、运动学原理以及控制系统设计方案。
最后，通过运动学仿真实验验证了设计方案的可行性和稳定性，为进一步进行实际应用提供了有力支持。
一、引言机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机械装置，广泛应用于工业制造、物流配送、医疗辅助等领域。
随着自动化技术的发展，机械臂正在不断发展和完善。
其中，六自由度机械臂由于其结构灵活、多功能和高精度的特点，成为研究和应用较多的一种类型。
二、六自由度机械臂结构与运动学原理六自由度机械臂由机械臂底座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和末端执行器组成。
每个关节都有一个自由度，使得机械臂可以在六个方向上进行运动。
机械臂的运动是通过电机控制与驱动的。
机械臂的运动学原理是通过求解机械臂的位置、速度和加速度，来实现机械臂的运动控制。
机械臂的位置可以通过关节角度得到，而关节角度可以通过编码器和传感器实时获取。
机械臂的速度和加速度可以通过微分、反向运动学求解得到。
利用运动学原理，可以在给定任务下控制机械臂的精准运动。
三、六自由度机械臂控制系统设计方案本文设计的机械臂控制系统采用了嵌入式控制器进行控制。
主要原因是嵌入式控制器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，能够满足机械臂控制系统的需求。
控制系统主要包括关节驱动模块、通信模块、控制算法和人机交互界面。
其中，关节驱动模块用于控制机械臂的运动，通信模块用于与上位机进行数据传输，控制算法用于实现机械臂的运动控制，人机交互界面用于操作和监控机械臂的运动状态。
四、运动学仿真实验与结果分析为了验证设计方案的可行性和稳定性，本文进行了运动学仿真实验。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度（6-DOF）机械臂因其出色的灵活性和可操控性在各个领域得到广泛应用。
六自由度机械臂能完成复杂的作业任务，且能够通过精确的控制系统实现高效和精确的操作。
因此，对六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真的研究具有重要意义。
本文将介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与实现，并通过运动学仿真来验证其性能。
二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统主要由机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分组成。
其中，机械臂本体采用模块化设计，通过多个关节连接，形成多段连杆结构。
每个关节均采用伺服电机驱动，配合相应的编码器进行位置反馈，实现对关节运动的精确控制。
控制单元是整个系统的核心，采用高性能的嵌入式计算机系统，具备强大的数据处理能力和实时控制能力。
传感器包括力传感器、位置传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。
2. 软件设计软件设计包括控制算法、通信协议和人机交互界面等部分。
控制算法采用经典的PID算法和基于模糊逻辑的控制算法相结合，实现对关节运动的精确控制。
通信协议采用标准的工业通信协议，保证系统与上位机之间的数据传输稳定可靠。
人机交互界面采用图形化界面，方便操作人员对机械臂进行控制和监控。
三、运动学仿真运动学仿真是对六自由度机械臂控制系统性能进行验证的重要手段。
本文采用MATLAB软件进行运动学仿真。
首先建立机械臂的数学模型，包括各关节的转动范围、连杆长度等参数。
然后根据机械臂的运动轨迹和速度要求，设定仿真参数和仿真时间。
最后通过仿真软件对机械臂的运动进行模拟和分析。
在仿真过程中，可以观察到机械臂在不同轨迹和速度下的运动情况，包括关节转角、连杆长度等参数的变化。
通过对仿真结果的分析，可以评估机械臂控制系统的性能和精度，为后续的优化和改进提供依据。
四、实验结果与分析为了验证六自由度机械臂控制系统的实际性能，我们进行了实际实验。
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：随着机械臂技术的不断发展与应用推广，对于机械臂的控制系统设计与运动学仿真的研究显得尤为重要。
本文基于六自由度机械臂，着重探讨了其控制系统设计与运动学仿真方面的问题。
通过建立数学模型，设计控制器以实现机械臂的运动。
并在MATLAB环境下进行仿真分析，探究了机械臂的各种运动状态与路径规划。
实验结果表明，所设计的控制系统能够实现精确的机械臂运动，并能根据特定任务进行灵活的路径规划。
关键词：六自由度机械臂；控制系统设计；运动学仿真；路径规划1. 引言机械臂是一种具有多自由度并能执行各种精密操作任务的机械装置。
近年来，机械臂在制造业、医疗、物流、无人驾驶等领域得到广泛应用。
机械臂的控制系统设计与运动学仿真是机械臂研究的重要组成部分，对于提高机械臂的精确度和效率具有重要意义。
2. 控制系统设计2.1 机械臂建模与运动学方程六自由度机械臂由臂架、关节和执行器等组成。
首先，根据机械臂结构和参数建立其数学模型。
然后，根据运动学原理，通过矩阵变换和旋转矩阵等方法推导出机械臂的运动学方程。
由运动学方程可以得到机械臂各关节之间的几何关系。
2.2 控制器设计基于机械臂的运动学方程，设计适当的控制器来控制机械臂的运动。
常用的控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
在此，我们选择PID控制器为例，通过调整PID控制器的参数，实现机械臂的位置和速度控制。
利用反馈控制原理，将机械臂的实际位置和速度与期望位置和速度进行比较，通过对误差信号进行反馈调整，控制机械臂按照预定轨迹运动。
3. 运动学仿真与路径规划在MATLAB环境下，建立机械臂的仿真模型，并进行运动学仿真与路径规划。
通过对仿真模型的参数设定和运动规划，模拟机械臂在不同工作状态下的运动。
比如，模拟机械臂抓取和放置物体的动作，模拟机械臂在空间中的路径规划等。
4. 实验结果与讨论通过运动学仿真与路径规划的实验，验证所设计的控制系统的性能。
六自由度机械臂轨迹规划研究
六自由度机械臂轨迹规划研究随着工业自动化的不断发展，机器人技术得到了广泛应用。
六自由度机械臂作为机器人的重要组成部分，具有重要的作用。
本文将围绕六自由度机械臂轨迹规划研究展开，对机械臂轨迹规划的基本原理和方法进行深入探讨。
在机器人领域，六自由度机械臂通常由六个关节组成，每个关节可以独立运动，实现机械臂在三维空间中的位置和姿态的调整。
由于具有高度灵活性和适应性，六自由度机械臂在自动化生产线、航空航天、医疗等领域得到了广泛应用。
轨迹规划是机械臂运动控制的重要环节，其主要目的是根据任务需求，规划出机械臂在运动过程中的位置、速度和加速度等参数。
轨迹规划需要考虑运动学、动力学、精度和时间等多个因素，因此是一项非常复杂的工作。
针对六自由度机械臂轨迹规划，目前常用的方法包括基于运动学的方法、基于逆向动力学的方法和基于人工智能的方法等。
其中，基于运动学的方法主要根据机械臂运动学模型，通过设定末端执行器的轨迹，推算出各关节的运动轨迹；基于逆向动力学的方法则根据机械臂末端执行器的运动轨迹，反推出各关节的运动轨迹；基于人工智能的方法则通过建立神经网络或模糊逻辑等模型，对机械臂轨迹进行学习和预测。
在实际应用中，六自由度机械臂的轨迹规划需要考虑具体任务需求和实际情况。
例如，在抓取和搬运物品的任务中，需要重点考虑机械臂的路径和速度规划，以保证抓取和搬运过程的平稳和准确；在装配和焊接等精细操作中，需要严格控制机械臂的位置和姿态，以保证操作的精度和质量。
本文对六自由度机械臂轨迹规划进行了深入研究，详细探讨了轨迹规划的基本原理和方法。
同时，结合具体任务需求和实际情况，对不同方法的优缺点进行了分析。
在此基础上，提出了针对不同任务的六自由度机械臂轨迹规划方案，并实现了算法优化。
在基于运动学的方法中，建立了六自由度机械臂的运动学模型，推导了末端执行器在空间中的位置和姿态与各关节角度之间的关系。
然后，通过设定末端执行器的轨迹，利用逆向运动学求解各关节的运动轨迹。
六自由度机械臂轨迹规划与仿真研究_孙亮
2010年5月第17卷第3期控制工程Contr o l Eng i n eering o f China M ay 2010Vo.l 17,N o .3文章编号:1671-7848(2010)03-0388-05收稿日期:2008-10-07; 收修定稿日期:2009-03-05基金项目:国家/863计划0资助项目(2007AA04Z226);国家自然科学基金资助项目(60774077);北京市教委重点基金资助项目(KZ200810005002)作者简介:孙 亮(1951-),男,北京人,副教授,研究生,主要从事学习控制,智能系统等方面的教学与科研工作;阮晓钢(1958-),男,教授,博士生导师。
六自由度机械臂轨迹规划与仿真研究孙 亮,马 江,阮晓钢(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100124)摘 要:针对六自由度链式机械臂在进行正运动学、逆运动学以及轨迹规划仿真时,不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果,在正确建立机械臂数学模型的基础上,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法,并采用三维运动仿真进行了验证。
开发了一套六自由度机械臂三维仿真软件,该仿真软件在VC ++610开发平台上,首先利用分割类将基于M FC 框架的窗口分割成为控制窗口和视图窗口两部分,然后利用Open GL 的图形库对机械臂进行建模,首次将正运动学、逆运动学以及轨迹规划算法融入其中开发而成。
该仿真软件有效地验证了机械臂运动学模型建立的正确性,同时也对三次多项式和五次多项式两种轨迹规划方法做了直观的比较,结果表明后一种轨迹规划效果明显优于前一种。
关 键 词:机械臂;运动学分析;轨迹规划;运动仿真中图分类号:TP 241;TP 391 文献标识码:AT rajectory P lann i ng and S m i u l ati on of 6-DOF M an i pulatorSU N L iang,MA J i a ng,RUA N X iao-gang(C ollege of E lectron ic In f or m ati on and Con trol Engi n eeri ng ,Beiji ng Un i versity ofT echnology ,B eiji ng 100124,Ch i n a)Abstrac t :Consi der i ng that the ki ne m a tic algor it h m correct ness and trogecory p l aning results are no t easy to v isuall g ver if y f o r t he Km e -m atic analysis ,i nverse kinema ti cs ana l ysis and trajectory planning si m l a i on a i n i ng a t 6-DO F m anpu l a t o r ,t wo me t hods o f trajectoryp l ann i ng based on jo i nt space are analyzed 1T o d irec tly compare the effects o f t w o types o fm otion p lann i ng ,a 3D m otion si m ulati on sof-t w are syste m is deve l oped based on M FC and O pen G L graphic library on VC ++610IDE 1The forward ki nema ti cs ,i nve rse kinema -t ics 1and trajectory planning a l go rith m are integ ra ted into t he si m u lati on soft w are 1The si m ulati on soft w are sy stem o f 6-DOF m ani pulator show s the vali d ity of t he k i ne m atics m odel 1T he resu lt of tra jectory plann i ng m ethods of the cub ic polynom ia l and the fifth po lynom -i a l 1shows that t he l a ter eff ec t of trajectory planning is superior to f o r m er one 1K ey word s :m an i pu l a tor ;k i ne m atics ana lysis ;tra jectory p lann i ng ;m otion s i m u l a ti on1 引 言六自由度链式(6R )机械臂的轨迹规划既可以在关节空间,也可以在直角坐标空间中进行。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，六自由度（6-DOF）机械臂因其灵活性和高效性，在工业生产、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
本文旨在设计一个六自由度机械臂控制系统，并对其运动学进行仿真分析，以期提高机械臂的运动性能和控制精度。
二、六自由度机械臂系统概述六自由度机械臂是一种能够沿三个相互垂直的轴线进行旋转和平移运动的机械装置。
它通常由伺服电机、连杆、关节等组成，能够实现复杂的工作任务。
本系统采用模块化设计，方便后续的维护和升级。
三、控制系统设计1. 硬件设计硬件部分主要包括机械臂本体、伺服电机、控制器、传感器等。
伺服电机负责驱动机械臂的各个关节，控制器则负责控制伺服电机的运动。
传感器用于检测机械臂的位置、速度等信息，以便于控制系统的精确控制。
2. 软件设计软件部分主要包括控制算法和运动规划。
控制算法负责实现对伺服电机的精确控制，运动规划则负责根据任务需求，生成机械臂的运动轨迹。
本系统采用先进的控制算法和运动规划方法，以实现高精度的运动控制。
四、运动学仿真运动学仿真是指通过对机械臂的运动学模型进行数学计算和模拟，以预测机械臂在实际工作环境中的运动性能。
本系统采用MATLAB/Simulink软件进行运动学仿真。
1. D-H参数法建模采用Denavit-Hartenberg（D-H）参数法对机械臂进行建模。
通过确定连杆的长度、关节的偏移和旋转角度等参数，建立机械臂的运动学模型。
2. 正运动学仿真正运动学仿真是指根据机械臂的关节角度，计算其末端执行器的位置和姿态。
通过MATLAB/Simulink软件，对机械臂的正运动学进行仿真，验证其运动学的正确性。
3. 逆运动学仿真逆运动学仿真是指根据末端执行器的目标位置和姿态，计算机械臂的关节角度。
通过MATLAB/Simulink软件，对机械臂的逆运动学进行仿真，以实现精确的运动控制。
五、实验结果与分析通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的有效性和运动学的正确性。
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１ ． 六 自 由 度 机 械 手 运 动 学 分 析
１ ． １运 动 学 模 型 建 立
械手模型 ， 由 此 建 立 ８ 自 由 度 机 械 手 运 动 学 模 型 。 通 过
移 动 机 械 手 的 理 论 方 面 做 的 工 作 较 多 ，而 在 实 践 上 做
的 较 少 。所 谓 移 动 机 械 手 ， 一 般 而 言 就 是 将 机 械 手 安 装 在 移 动 平 台 之 上 。 这 种 结 构 使 机 械 手 拥 有 几 乎 无 限 大
远。 对机器人末 端的坐标位置 的影响也越大 ， 故 在 该 机 械 手 的 运 动 学 分 析 中 需 引 入 轨 道 倾 角 及 沿 轨 道 前 进 的 距 离 作 为运 动 学 参 数 的一 部 分 。
业 生 产 的 特 定 环 境 当 中 ．很 多 生 产 加 工 环 节 都 是 在 固
定 的 生 产 线 上 完成 的 ， 不 需 要 复 杂 的 移 动 轨 迹 。 于 是 本
文 提 出 了 一 种 基 于 轨 道 行 走 的 移 动 机 械 手 ， 可 以 沿 特
定的轨道移动 ， 以 达 到 在 结 构 化 环 境 当 中快 速 、 准 确 地
械 手 的 运 动 学 分 析 提供 了新 思 路 。
机 构 抽 象 为 两个 运 动 关 节 ．将 旋 转 关 节 作 为 根 关 节 用 来 模 拟 不 同倾 斜 角 度 轨 道 ，另 外 一 个 关 节 为 伸 缩 关 节
可 模 拟 行 走 机 构 沿倾 斜 轨道 方 向 的位 移 Ａ Ｂ． 将 一 个 沿
行走 时 ， 由初 始 位 置 Ａ 走 至 Ｂ点 如 图 （ １ ） 所 示 。 将 基 坐
标 系设 在 Ａ点 ， 在 机 械 手 各 关 节 位 姿 不 变 的情 况 下 ． 机
械手末端 的坐标位 置 Ａ 、 Ｂ 会 受 ห้องสมุดไป่ตู้ 道 倾 斜 角 度 及 沿 倾
斜轨道方 向的位 移距离 Ａ Ｂ 的 影 响 。 轨 道 倾 角 通 常 为 ０ ～ ３ ０度 不 等 。 显 然 ． 倾 斜 角 度 越 大 ． Ａ Ｂ之 间 的距 离越
移动 到指 定 位置 完 成 规 定 的任 务 。
本 文 就 机 械 手 沿 不 同 倾 斜 角 度 的 轨 道 运 动 过 程 中
机 械 手 的 运 动 学 问 题 进 行 了 研 究 ， 对 其 运 动 学 模 型 进
行 转 化 和 仿 真 。 将 关 节 变 量 的 变 化 及 末 端 坐 标 以 曲 线 图的形式直观 、 准确地表达 出来 ， 为 今 后 进 一 步 研 究 该
２ ０ １ ４年 １ ２月 第 ４期
焦 作 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ Ｊ Ｉ ＡＯＺ ＵＯ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ４
沿 轨 道 运 动 的 上 ／ ＼ 白 目 由度 机 械 手 运 动 学 仿 真 研 究
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８ — ７ ２ ５ ７ （ ２ ０ １ ４） ０ ４ — ０ １ ４— ０ ０ ３
当 六 自 由 度 机 械 手 在 具 有 一 定 倾 斜 角 度 的 轨 道 上
０ ．前 言
移 动 机 械 手 的 研 究 日益 受 到 国 内 外 的 重 视 ． 我 国 在
的 操 作 空 间 和 高 度 的 运 动 冗 余 性 。并 同时 具 有 移 动 和
操作 功能 ， 这使 它优于移动机 器人和传统 的机械手 ， 因 此在 危 险 作 业 、 制 造业 、 服 务 业 等 行 业 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。但 由 于 结 构 复 杂 、 强耦合 、 非线 性 、 非 完 整 性 等 问 题 的 存 在 ， 都 使 得 对 移 动 机 械 手 的 研 究 具 有 相 当 的 挑 战 性 。 特 别 是 在 对 移 动 平 台 的 设 计 上 ， 存 在 着 诸 如 导 航、 定 位 等 问 题 使 得 加 大 了 研 究 的 复 杂 性 。 而 在 很 多 工
王 和 平 史 文 涛
（ 焦作制动器 （ 集 团） 有 限 责 任 公 司 ，河 南 焦 作 ４ ５ ４ ０ ０ ０）
摘要 ： 文 章 通 过 对 在 具 有 不 同倾 斜 角 度 的轨 道 上 行 走 的 六 自由度 机 械 手 的 结 构 原 理 ， 及 在 运
动过 程 中 ， 轨 道 倾 角及 沿轨 道 方 向 的 位 移 距 离 两 个 影 响 因 素 的 分 析 ， 对 该 机 械 手 的 运 动 学模 型 进 行 转 化 ，采 用 Ｄ— Ｈ 参 数 法 对 该 模 型 进 行 分 析 。 并使 用 ＭＡＴ Ｌ Ａ Ｂ 软 件 的 Ｒｏ ｂ ｏ ｔ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｂ ｏ ｘ
图 １ 行 走 于 倾 斜 轨 道 的 六 自 由度 机 械 手 关 节 结 构 示 意 图
为 了 能够 较 为准 确 地 对 机 械 手 末 端 位 置 进 行 跟 踪 。 针 对 沿 倾 斜 的 轨 道 上 的 运 行 特 点 ， 将 该 机 械 手 的 行 走
方 式 的移 动机 械 手 提 供 了理 论 上 的 支 持 ，并 为 移 动 机
工具 箱对 该机 器手的运动 学转化模 型进行 模拟 ， 并 进 行 了运 动 学 仿 真 ， 将 关 节 变 量 的 变化 及
末 端 坐 标 以 曲 线 图的 形 式 直 观 、 准确 地 表 达 出 来 ， 为 移 动 机 械 手 的运 动 学分 析 提 供 了新 思路 。
关键词 ： 六 自由度 机 械 手 ； ＭＡＴ Ｌ Ｂ Ａ Ｒｏ ｂ ｏ ｔ Ｔｏ ｏ ｌ ｂ Ｏ Ｘ； Ｄ—Ｈ 参 数 ； 运 动 学 分 析