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毕业设计 六自由度机械手复杂运动控制，共51页，34211字
摘要
本文以示教型六自由度串联机械手为试验设备，进行机械手的复杂运动控制，使机械手完成各种复杂轨迹的运动控制等功能，能够在现代工业焊接、喷漆等方面的任务。
本文从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。目前，六自由度机械手的复杂运动控制已经有了比较好的逆解算法，也有一些针对欠自由度机械手的逆解算法。逆解算法求出的解不是唯一的，它能使机械手达到更多位姿，完成大部分的原计划任务，但其中的一些解并不是最优化的，因此必须讨论其反解的存在性和唯一性。
本文通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。
因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。
最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。
关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄ABSTRACT

目录
绪论 …………………………………………………………………1
课题研究背景和意义…………………………………………………1
国内外研究状况………………………………………………………2
六自由度机械手复杂运动控制的现实意义…………………………4
课题的提出……………………………………………………………5
本课题研究的主要内容………………………………………………5
串联机器人运动学…………………………………………………7
2.1 机器人运动学方程的表示……………………………………………7
2.1.1 运动姿态和方向角……………………………………………8
2.1.2 运动位置和坐标………………………………………………9
2.1.3 连杆变换矩阵及其乘和………………………………………12
2.2 机械手运动方程的求解………………………………………………15
2.2.1 欧拉变换解……………………………………………………16
2.2.2 滚、仰、偏变换解……………………………………………20
2.2.3 球面变换解……………………………………………………21
2.3 反解的存在性和唯一性………………………………………………23
2.3.1 反解的存在性和工作空间……………………………………23
2.3.2 反解的唯一性和最优解………………………………………24
2.3.3 求解方法………………………………………………………25
六自由度机械手的平面复杂轨迹设计及运动学分析……………27
3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式………………………………27
3.1.1 机器人技术参数一览表………………………………………27
3.1.2 机器人控制系统软件的主界面………………………………27
3.1.3 机器人各部位和动作轴名称…………………………………28
3.1.4 机械手运动轨迹设计方式……………………………………29
3.2 平面复杂轨迹设计目的………………………………………………33
3.2.1“西”字的轨迹设计和分析…………………………………33
3.2.2“南”字的轨迹设计和分析…………………………………34
3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿………………………………35
3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立……………………………………35
3.4 平面轨迹设计的正运动学分析………………………………………43
3.4.1平面轨迹设计的正运动学分析原理…………………………43
3.4.2 正运动学分析步骤及计算……………………………………44
3.5 平面轨迹设计的逆运动学分析………………………………………45
3.5.1 平面轨迹设计的逆运动学分析原理…………………………45
3.5.2.逆运动学分析步骤及计算……………………………………46
设计实现过程和MATLAB仿真计算……………………………50
4.1 设计实现过程…………………………………………………………50
4.2 MATLAB仿真计算……………………………………………………53
结论与展望…………………………………………………………57
5.1 结论……………………………………………………………………57
5.2 展望……………………………………………………………………58
致谢……………………………………………………………………………59
参考文献………………………………………………………………………60