六自由度机器人运动分析及优化

本科毕业论文（设计）

题目（中文）六自由度机器人运动分析及优化

（英文） Motionanalysis and optimization of

6-DOF robot

学院信息与机电工程学院院

年级专业 2013级汽车服务工程（中德））

学生姓名吴子璇正

学号 130154494 7

指导教师安康安

完成日期 2017 年 3 月

摘要

当今世界，工业化日趋成熟，机器人被广泛的应用于各行各业，最常用到的有四自由度，六自由度机器人。其中，自动化水平较高的汽车制造业和电子装配业经常常常要使用到六自由度机器人。因此对其实施运动学分析，是进行科学设计的基础，也是降低机器人生产成本，优化机器人运动轨迹的前提。此外，运动分析过程有效的模拟了机器人运动的真实情况，有助于提供有效可行的优化方案。本文主要探讨六自由度机器人的运动分析，基于经典运动学以及动力学的研究方法概念，首先通过solidworks做出机械臂各部分零件的三维图，然后通过SolidWorks装配出六自由度机器人机械臂的三维模型。通过该模型，选取其中一个关节和底座，并用SolidWorks进行运动学分析，对六自由度机器人的运动学和动力学计算方法进行了仿真验证。最后得到六自由度机器人的其中一个自由度的运动仿真实例。通过对该运动仿真实例的分析，得出最佳优化方案，优化机器人的运动轨迹提高机器人的工作效率，降低机器人生产成本。

关键词：六自由度机器人；运动分析；运动学；动力学；

目录

摘要................................................. I

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1 绪论 (1)

1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1)

1.2机器人国内外发展现状及前景展望--------------------------1

2 六自由度机器人运动学分析 (4)

2.1六自由度机器人的结构-------------------------------------1

2.2运动学分析----------------------------------------------1

3 六自由度机器人动力学分析 (6)

3.1综述----------------------------------------------------3

3.2机器人动力学研究方法------------------------------------3

3.2.1几项假设-------------------------------------------3

3.2.2目标-----------------------------------------------4

3.2.3数学工具-------------------------------------------5

3.3动力学原理----------------------------------------------3

3.3.1动量矩定理---------------------------------

------------------------------6

3.3.2能量守恒定理----------------------------

----------6

3.3.3牛顿—欧拉方程-----------------------------

-------7

3.3.4达朗贝尔原理-------------------------------

-------8

3.3.5拉格朗日方程-------------------------------

-------9

4 六自由度机器人运动分析 (10)

4.1运动分析的软件背景---------------------------------------3

4.2运用solidworks建立六度机器人机械臂三维模型--------------9

4.3运用Solidworks对进行运动学分析-------------------------4

5 结论 (17)

参考文献 (18)

1 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

新世纪以来，在越来越多的对于自动化，机械化要求较高的领域都需要用到机器人。其中，又以四自由度和六自由度机器人的用途最为广泛。机器人的研究发展涉及多个学科领域，是带动社会生产力发展的强大推动力。综合看来，机器人的时代很快就要来临，机器人革命很有可能成为第三次工业革命。机器人产业呈现爆炸式增长，该产业被大量投入到汽车制造和电子装配等产业。通过国际机器人协会提供的数据估计来看，截止到2020年，全球用于工业生产的机器人产量很有可能高达150万。中国的现代化进展迅猛，在中国发展的大力推动下，中国乃至亚洲即将成为一个极具发展活力的庞大的机器人市场。

动力学是在机器人的设计过程中必不可少的一个重要考虑因素，本文通过SolidWorks对机械臂进行三维建模，进而通过SolidWorks Motion做运动学仿真，据此来分析机器人运动过程的动态特性，这是后续的运动控制、及优化设计有效的数据支撑，能够有效规避产品研发周期过长的情况。

1.2机器人国内外发展现状及前景

我国在机器人方面的探究工作起步较晚于日本及欧美国家，我国的机器人研究起步于1980年前后。由于机器人科技的研究与发展具有重大战略意义，因此从那时起，我国就将机器人的研究应用作为重要研究对象。经过数十年的不懈努力，我国已有多所高校和研究院都能够独立对机器人进行研究和研