刘园园毕业设计

MOTOMAN-HP机器人的三维动态仿真---轨迹规划模块

摘 要 随着计算机，控制，自动化，传感器技术的发展，机器人的应用越来越广泛，为了实现智能机器人，机器人轨迹规划是一个亟待解决的瓶颈问题。机器人的轨迹规划是确定的位移，速度和加速度的机器人任务。的精度和机器人运动的实时主要考虑。本文在前人研究的基础上，为进一步研究机器人轨迹规划。 本文的主要内容可概括如下：

（1）首先介绍了机器人的基本知识，机器人路径规划问题的背景，对机器人的轨迹规划的国内外研究现状。

（2）关于如何建立机器人坐标系和空间的几类，介绍了机器人的位置。方法。方法建立机器人模型和实体模型的使用。

（3）介绍了关节轨迹和轨迹规划问题的几种插值方法的过程中，遇到了。

（4）介绍了MATLAB软件和机器人轨迹规划的过程中所发挥的作用。

（5）利用MATLAB软件计算出机器人的轨迹，包括位置，各杆件的速度和加速度。

通过研究，在机器人轨迹规划的关节空间可以更好地实现统一，同时实时性和准确性，通过对机器人的轨迹规划仿真，我们可以知道，规划路径是否满足要求，从而优化轨迹规划，在这个过程中会遇到的轨迹规划大量的矩阵计算，在这里，我们将充分利用MATLAB强大的计算功能和插值函数。路径规划是机器人仿真的一个重要模块，随着研究的深入，提出了机器人运动精度的轨迹规划的新方法，不断提高，机器人的实时性和准确性之间的矛盾也将逐步解决。可以预计，随着机器人的轨迹规划问题，这个动作会更精确，机器人技术将有更大的发展，机器人的应用将越来越广泛的应用。

关键词 机器人;轨迹规划;仿真;几何造型;运动学

Three-dimensional Dynamic Simulation of the MOTOMAN-HP

Robot—Trajectory Planning modules

ABSTRACT With the development of computer, control, automation, the development of sensor technology, robots are used more and more widely, in order to realize the intelligent robot, the robot trajectory planning is an urgent need to solve the bottleneck problem. The trajectory planning of robot isdetermined by the displacement, velocity and acceleration of the robottask. Considering the accuracy and real-time of the robot motion. In this paper, on the basis of previous studies, in order to further research the robot trajectory planning.

The main contents of this paper can be summarized as follows:

(1) first introduced the basic knowledge of robot, robot path planning problem of the background, the present research situation of the robot trajectory planning at home and abroad.

(2) a few classes on how to build a robot coordinate system and space,the location of the robot. Methods. Using the method of the robot modeland solid model.

(3) introduces several interpolation

planning problems encountered in.

(4) introduced the MATLAB software and the robot trajectory planning in the role of.

(5) to calculate the trajectory of the robot, using MATLAB software,including position, velocity and acceleration of each bar.

Through the study, to better achieve the unified joint space in thetrajectory planning of the robot, and the real-time and accuracy of the simulation, trajectory planning of the robot path planning, we can know,whether meet the requirements, so as to optimize the trajectory planning,will meet in the process of the trajectory planning of a large number ofmatrix calculation, here, we will make full use of MATLAB's powerful calculation function and interpolation function. Path planning is an important module of robot simulation, with the in-depth study, this paper puts forward a new method, the trajectory planning of robot motionaccuracy continues to improve, the contradiction between real-time and accuracy of robot will also be solved step by step. Can be expected, with the path planning problem of robot, this action will be more precise, the robot technology will have greater development, the use of robots will beused more and more widely. method of joint trajectory and trajectory

Key words: trajectory planning; simulation; geometric modeling;

目录

引言………………………………………………………………………………1

第1章 绪论…………………………………………………………………… 2

1．1机器人发展的概况……………………………………………………………2

1．2机器人轨迹规划简介…………………………………………………………4

1．2．1机器人轨迹规划研究的背景和意义……………………………………4

1．3．2国内外机器人轨迹规划研究的现况……………………………………5

1．3本论文所研究的目标和内容………………………………………………… 6

1．3．1本论文研究的目标………………………………………………………6

1．3．2本论文研究的主要内容…………………………………………………6

第2章 机器人数学模型的建立和几何造型……………………………………7

2．1机器人位姿的描述……………………………………………………………7

2．1．1刚体位姿描述……………………………………………………………7

2．1．2坐标变换…………………………………………………………………9

2．2机器人运动学方程的建立……………………………………………………11

2．2．1连杆参数和连杆坐标系………………………………………………12

2．2．2连杆变换………………………………………………………………14

2．3 建立机器人运动学方程的实例……………………………………………15

2．4几种机器人空间的关系………………………………………………………18

2．5机器人的动力学………………………………………………………………19

2．6 MOTOMAN-HP机器人的几何造型…………………………………………20

2．7本章小结………………………………………………………………………21

第3章MOTOMAN-HP机器人的轨迹规划……………………………………22

3．1轨迹规划简介…………………………………………………………………22

3．2轨迹规划的目的和作用………………………………………………………22

3．3轨迹规划中的一般性问题……………………………………………………22

3．4关节轨迹的插值方法…………………………………………………………25

3．4．1 三次多项式函数插值………………………………………………26

3．4．2 五次多项式函数插值………………………………………………29

3．5本章小结………………………………………………………………………31

第4章 MOTOMAN-HP机器人轨迹规划仿真………………………………32

4．1 MATLAB的简介……………………………………………………………32

4．2 用MATLAB进行仿真………………………………………………………32

4．3 结论分析………………………………………………………………………37

第5章 结论与展望………………………………………………………………39

5．1论文研究的主要工作…………………………………………………………39

5．2今后工作的展望………………………………………………………………39 致谢………………………………………………………………………………40 参考文献…………………………………………………………………………41 附录A:外文文献及翻译…………………………………………………………43 附录B:主要参考文献摘要………………………………………………………64 附录C:主要源程序………………………………………………………………68

插图清单

图1-1 CMT3机器人………………………………………………………………2 图1-2 PUMA560系列机器人…………………………………………………… 3 图1-3 机器人系统的基本结构…………………………………………………4 图2-1 机器人手爪坐标系………………………………………………………9 图2-2 平移变换…………………………………………………………………10 图2-3 旋转变换…………………………………………………………………10 图2-4 复合变换…………………………………………………………………11 图2-5 PUMA560机器人的关节和连杆坐标系………………………………12 图2-6 连杆的描述………………………………………………………………13 图2-7 两连杆连接的描述………………………………………………………13 图2-8 PUMA560机械手坐标系………………………………………………15 图2-9 三种空间之间的关系……………………………………………………19 图2-10 三维实体造型模块程序框图……………………………………………21 图3-1 机器人的工作原理图……………………………………………………22 图3-2 关节变量空间轨迹设定点算法…………………………………………23 图3-3 笛卡儿空间轨迹设定点算法……………………………………………24 图3-4 单个关节的几条可能的轨迹……………………………………………26 图3-5 三次多项式插值的关节角位置…………………………………………27 图3-6 三次多项式插值的关节角速度…………………………………………28 图3-7 三次多项式插值的关节角加速度………………………………………28 图3-8 五次多项式插值的关节角位置…………………………………………29 图3-9 五次多项式插值的关节角速度…………………………………………30 图3-10 五次多项式插值的关节角加速度………………………………………30 图4-1 MOTOMAN-HP机器人各个杆角加速度计算界面……………………33 图4-2 MOTOMAN-HP机器人各杆的角加速度（一）…………………………34 图4-3 MOTOMAN-HP机器人各杆的角加速度（二）…………………………35 图4-4 MOTOMAN-HP机器人各杆的角加速度（三）………………………… 36 图4-5 MOTOMAN-HP机器人各杆的角加速度（四）………………………… 37