论文题目：六轴机械臂控制系统设计及仿真
摘要：工业机械臂是工业生产中的重要辅助工具,而六轴机械臂更是可以完成搬运、焊接、分拣等多种工作,是机械臂家族的重要成员。六轴机械臂组成包括机械结构和运动控制系统,运动控制系统的工作是通过控制机械臂的各个关节电机的旋转使得机械臂按照约定的空间轨迹运动。可以说运动控制系统是机械臂的核心部分,而运动控制系统又分为控制系统和驱动系统。控制系统通过对机械臂的路径进行规划将机械臂空间运动数据转化成机械臂的关节角度信息,驱动系统通过接受这些角度信息实现对机械臂关节的控制以实现机械臂的整体运动。本文主要工作是围绕着控制系统展开,通过对一款轻量级六自由度关节机械臂进行控制系统的设计。工作内容有,首先阐述了机械臂的运动学理论,为构建运动学模型提供理论基础。其次通过机械臂的3D模型获取机械臂的结构参数,运用这些参数来构建机械臂的连杆关系以实现关节坐标系的相对变换。根据标准的DH法来建立机械臂顺向运动学模型,并运用仿真软件对该模型进行仿真来验证其正确性。基于顺向运动学模型实现机械臂的逆解建模用于求解机械臂的各个关节角度。最后通过单一形式的轨迹规划算法实现了适合于机械臂三种工作方式的路径规划算法,并运用仿真软件对这些路径规划算法进行仿真,基于C#语言完成了对控制系统软件的编写。
关键词：六轴机械臂;运动学;路径规划;运动控制系统;运动仿真
学科专业：电子科学与技术
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 工业机械手臂的分类
1.3 工业机械手臂的国内外研究现状
1.4 研究内容及意义
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究内容
1.5 本章小结
2 机械臂的结构设计及运动学理论介绍
2.1 机械臂结构设计
2.2 机械臂运动学理论
2.2.1 刚体位置描述
2.2.2 刚体姿态描述
2.2.3 刚体的位姿描述
2.2.4 刚体的旋转变换
2.2.5 刚体混合变换和组合变换
2.3 机械臂连杆关系构建方法
2.4 DH法构建正运动学模型
2.5 机械臂逆运动学算法
2.6 本章小结
3 六轴机械臂运动学建模
3.1 工具坐标系对运动学建模的影响
3.2 机械臂中的奇异点分析
3.3 机械臂正运动学建模
3.4 机械臂正运动学模型仿真
3.5 机械臂逆运动学建模
3.6 本章小结
4 机械臂控制系统设计
4.1 笛卡尔空间轨迹规划
4.1.1 常规插补算法分析
4.1.2 直线插补算法
4.1.3 空间姿态插补
4.1.4 实时插补算法
4.1.5 圆弧插补算法
4.2 上位机软件系统设计
4.2.1 软件界面设计
4.2.2 软件程序结构设计
4.3 机械臂硬件控制系统设计
4.3.1 STM32 微控制器系统
4.3.2 电机及减速器
4.3.3 电机驱动器
4.3.4 微控制器及驱动器电源
4.4 本章小结
5 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 展望
参考文献
致谢