基于MATLAB的工业机器人建模与仿真.docx

摘要：机器人运动系统作为机器人系统中最重要的组成部分之一，其重要性不言而喻，因为它影响着机器人的主要性能，因此为了提高机器人的质量，对机器人进行运动学分析和仿真是不可或缺的。本次毕业设计主要对KUKA机器人的三维仿真进行了一系列的分析，主要是以下几个内容：(1)研究了机器人运动学仿真的背景意义及发展趋势。(2)通过对齐次坐标变换理论的研究,说明了KUKA机器人结构及参数,并且建立了相应的D-H参数模型,最后求解方程式得到了正运动学模型和逆运动学的解析解。(3)使用MATLAB中的Robotics Toolbox验证了上述解析解的正确性,并得到了其中可能存在的四种逆运动学的解。(4)在以上基础上,对机器人进行了轨迹规划研究,通过对比机器人关节空间轨迹规划和笛卡尔轨迹规划的特点,分别进行了两种轨迹规划的研究，因此得到了机器人的两种轨迹模型，并分别对其进行仿真，由仿真结果可验证轨迹规划模型的正确性。此外,我们还得到了关节空间轨迹规划的运动学曲线,包括位置、速度和加速度曲线。由仿真结果我们不难得出,通过使用三次样条插值函数法,有利于提高系统的稳定性，使机器人能到达预定位置。同时，它可以帮助进行工业机器人的机械结构设计，并进行运动学性能评价和优化设计，不仅KUKA机器人的研发周期大大减少，所投入的资金也比以往少了不少，更是对机器人的发展具有莫大的帮助。总之通过利用MATLAB平台强大的计算能力我们可以实时计算得到机器人的正逆运动学和轨迹规划结果,实现了仿真平台的实时性[1]。

关键词:KUKA机器人；Robotics Toolbox；运动学仿真；轨迹规划；实时性

目录

摘要

ABSTRACT

第一章   绪论-1

1.1 研究背景及意义-1

1.2 国内外发展现状及发展趋势-2

1.3 本文研究基本内容及方向-3

第二章  KUKA机器人运动学分析-4

2.1 D-H参数法-4

2.2 KUKA机器人参数-4

2.3 连杆坐标系之间的坐标变换-5

2.4 正运动学方程-6

2.5 逆运动学求解-7

第三章   KUKA机器人的建模与仿真-13

3.1软件介绍-13

3.2仿真过程-13

3.3 构建机器人仿真模型-14

3.4 KUKA机器人正逆运动学仿真-15

3.4.1就绪状态下-15

3.4.2 标准状态-16

3.4.3 伸展状态-17

3.4.4 零角度-18

第四章   KUKA机器人轨迹规划-21

4.1关节空间轨迹规划-21

4.2笛卡尔空间规划-23

结束语-26

致  谢-27

参考文献-28