机器人示教臂系统的研制

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1、硕士学位论文机器人示教臂系统的研制RESEARCHONTEACHARMSYSTEMOFROBOT赵宁哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP241.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文机器人示教臂系统的研制硕士研究生：赵宁导师：孔民秀副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP241.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegr

2、eeinEngineeringRESEARCHONTEACHARMSYSTEMOFROBOTCandidate：ZhaoNingSupervisor：AssociateProf.KongMinxiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferr

3、ing-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要工业机器人示教任务越来越复杂化，导致示教工作任务繁重，对操作的要求却越来越简单，导致了应用与操作之间的矛盾非常突出。为此，该文研制了一套基于人拖动轻质无驱动机械臂的示教臂系统，该系统的6自由度串联机械臂，质量轻，由人拖动模拟工件加工轨迹，实现对工业机器人的示教过程，操作简单、快速、轻松，通用性好。首先，对示教臂本体的结构进行设计。在确定示教臂构型的基础上，由人机交互友好性来初步确定示教臂杆

4、件参数，进而通过建立示教臂的正运动学模型，分析其工作空间，最终确定示教臂参数，并根据示教要求，选取了合适材料，完成了示教臂腰部回转、大臂小臂俯仰、手腕俯仰、手腕回转部件的结构设计，对臂的自平衡装置进行了初步设计。其次，通过运动学分析和仿真，研究示教臂对机器人的示教的方法。分析示教臂的实现工作原理，结合建立的示教臂的正运动学模型与机器人的逆运动学模型,实现工件运动和不动情况下的末端轨迹对应；分析逆运动学中多解的根本原因，提出以位形分析法实现示教-再现轨迹在关节空间下位置的对应，并对具体任务进行仿真验证。对于含

5、有位姿奇异的轨迹，分析奇异位形，说明了该种轨迹的示教方法，减少轨迹规划的工作。针对含有奇异位姿轨迹的逆解在奇异点附近计算误差较大的问题，提出阈值判断交叉逆解算法，提高解对应的末端轨迹精度。再次，针对示教轨迹采集和处理的相关问题，进行了硬件的分析和软件的编写。实现了数据采集系统的硬件的设计与软件对数据的采集和简单处理，把编码器的绝对信号转换为对应关节角度。编写示教的交互软件，结合数据系统处理后的信息，实现了点位特征示教、连续示教、轨迹深度处理的程序编写和交互界面的布局。结合具体任务对示教轨迹的处理进行了仿真验

6、证。最终，结合设计的示教臂本体、示教方法实现方法、采集和处理轨迹的软硬件的研究结果，搭建机器人示教臂系统实验平台，示教简单喷涂实验和复杂喷涂实验，运用示教方法和交互软件辅助实验，对喷涂的效果进行了评价，分析了喷涂薄厚不均的原因。从总体上看，机器人再现了示教臂的示教轨迹，满足实验要求，为机器人示教臂系统的进一步研究奠定基础。关键词：机器人示教臂系统；拖拽驱动示教；复杂曲面示教；位形分析；多解选择-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheincreasingcomplexityofindustr

7、ialrobotteachingtask,whichleadstotheteachingtaskheavy,andtheincreasingsimplenesstooperationrequirements,ledtotheoutstandingcontradictionbetweentheapplicationandoperation.Therefore,thispaperdevelopedasetofindustrialrobotteachingarmsystem,whichhas6degreeseri

8、allightno-drivemechanicalarm,draggedbypeopletosimulatethepartmachingpath.Ithasgooduniversality,andcanhelppeoplecompleteteachtasksimply,rapidlyandeasily.Firstofall,theMechanicalstructureofteachingarmisdesigned