六自由度机械手的运动规划及控制(附件)
摘 要摘 要 在机器人技术中，六自由度机械手运动规划对于机器人技术的探究与发展及工业生产的进步与提高具有十分重要的意义。而在六自由度机械手的研究和设计过程中，国内外对于运动学方程的建立、运动学方程的正解计算、运动学方程的反解计算、运动轨迹规划中的插值算法等运动学系统中的关键技术一直不断地进行着研究。本文在现有理论和技术的基础上对于六自由度机械手的运动规划及控制做了进一步的分析与探索，并通过MATLAB编程软件实现了对六自由度机械手和普通抓取机械手的运动规划仿真比较。本文基于机器人学的理论基础，在D-H坐标系下建立机械手的运动模型。并根据运动模型和变换矩阵完成运动学方程的建立，推导出运动学方程的正解,利用反变换法通过左乘逆矩阵进行运动学反解计算。在机械手关节空间插值算法的理论基础上，分析和研究了三种插值轨迹算法，实现了六自由度机械手的轨迹规划。最后基于MATLAB完成了六自由度机械手的运动学仿真，提高了研究系统的直观性与实用性。 关键词：六自由度机械手；运动学方程；轨迹规划；插值算法；运动规划仿真目 录
第一章 绪论1
1.1 概述1
1.2 课题的研究背景和意义1
1.2.1 课题研究背景1
1.2.2 课题研究意义2
1.3 国内外发展现状和存在问题2
1.3.1 国内外发展现状2
1.3.2 存在问题3
1.4 六自由度机械手运动规划及控制的现实意义4
1.5 课题的提出5
1.6 课题的研究内容5
1.7 本章小结6
第二章 六自由度机械手的运动分析7
2.1 六自由度机械手的运动学建模7
2.2 六自由度机械手的运动学正解8
2.3 六自由度机械手的运动学逆解12
2.3.1 运动学逆解12
2.3.2 反解的存在性和唯一性17
2.4 六自由度机械手的运动学测试19
2.5 本章小结20
第三章 六自由度机械手的轨迹规划21
3.1 轨迹规划的概述21
3.2 轨迹规划的一般问题22
学正解8
2.3 六自由度机械手的运动学逆解12
2.3.1 运动学逆解12
2.3.2 反解的存在性和唯一性17
2.4 六自由度机械手的运动学测试19
2.5 本章小结20
第三章 六自由度机械手的轨迹规划21
3.1 轨迹规划的概述21
3.2 轨迹规划的一般问题22
3.3 算法概述22
3.4 时间归一化23
3.5 关节插值运动轨迹23
3.6 434多项式运动轨迹的计算24
3.7 353多项式运动轨迹的计算27
3.8 33333多项式运动轨迹的计算30
3.9 本章小结34第四章 基于MATLAB的运动规划仿真35
4.1 MATLAB运动学仿真功能介绍35
4.2 六自由度机械手运动学仿真35
4.2.1 建立六自由度机械手运动模型35
4.2.2 六自由度机械手运动学仿真36
4.3 六自由度机械手轨迹规划仿真43
4.4 本章小结54
结论55
致谢56
参考文献57
附录 第一章 绪论
1.1 概述
在科学技术日益发展的今天，机器人及其技术被广泛地应用于生产生活中。它不仅在工业生产制造部门有着广泛的应用，在航天航空，深海探险，极地考察，军事等恶劣危险的环境中也有着大量的运用[1] 。而六自由度机械手的运动规划及控制是机器人学的重要组成部分及研究的重要内容。我们可以先建立机械手的运动学模型，然后利用矩阵表示相邻两个坐标系的空间变换，求解出机械手运动学方程的正解，再通过矩阵逆变换求解机械手运动学方程的反解，其次利用关节空间的插值法实现对于六自由度机械手的轨迹规划，从而最后可以使机械手按照预定的轨迹从初始位
第一章 绪论1
1.1 概述1
1.2 课题的研究背景和意义1
1.2.1 课题研究背景1
1.2.2 课题研究意义2
1.3 国内外发展现状和存在问题2
1.3.1 国内外发展现状2
1.3.2 存在问题3
1.4 六自由度机械手运动规划及控制的现实意义4
1.5 课题的提出5
1.6 课题的研究内容5
1.7 本章小结6
第二章 六自由度机械手的运动分析7
2.1 六自由度机械手的运动学建模7
2.2 六自由度机械手的运动学正解8
2.3 六自由度机械手的运动学逆解12
2.3.1 运动学逆解12
2.3.2 反解的存在性和唯一性17
2.4 六自由度机械手的运动学测试19
2.5 本章小结20
第三章 六自由度机械手的轨迹规划21
3.1 轨迹规划的概述21
3.2 轨迹规划的一般问题22
学正解8
2.3 六自由度机械手的运动学逆解12
2.3.1 运动学逆解12
2.3.2 反解的存在性和唯一性17
2.4 六自由度机械手的运动学测试19
2.5 本章小结20
第三章 六自由度机械手的轨迹规划21
3.1 轨迹规划的概述21
3.2 轨迹规划的一般问题22
3.3 算法概述22
3.4 时间归一化23
3.5 关节插值运动轨迹23
3.6 434多项式运动轨迹的计算24
3.7 353多项式运动轨迹的计算27
3.8 33333多项式运动轨迹的计算30
3.9 本章小结34第四章 基于MATLAB的运动规划仿真35
4.1 MATLAB运动学仿真功能介绍35
4.2 六自由度机械手运动学仿真35
4.2.1 建立六自由度机械手运动模型35
4.2.2 六自由度机械手运动学仿真36
4.3 六自由度机械手轨迹规划仿真43
4.4 本章小结54
结论55
致谢56
参考文献57
附录 第一章 绪论
1.1 概述
在科学技术日益发展的今天，机器人及其技术被广泛地应用于生产生活中。它不仅在工业生产制造部门有着广泛的应用，在航天航空，深海探险，极地考察，军事等恶劣危险的环境中也有着大量的运用[1] 。而六自由度机械手的运动规划及控制是机器人学的重要组成部分及研究的重要内容。我们可以先建立机械手的运动学模型，然后利用矩阵表示相邻两个坐标系的空间变换，求解出机械手运动学方程的正解，再通过矩阵逆变换求解机械手运动学方程的反解，其次利用关节空间的插值法实现对于六自由度机械手的轨迹规划，从而最后可以使机械手按照预定的轨迹从初始位
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