搬运机械手的抓取设计及轨迹控制研究

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1、硕士学位论文MASTER'SDISSERTATION论文题目搬运机械手的抓取设计及轨迹控制研究作者姓名吴俊利学位类别工程硕士指导教师牟德君副教授2016年5月中图分类号：TP242学校代码：10216UDC：621密级：公开工程硕士学位论文(工程设计型)搬运机械手的抓取设计及轨迹控制研究硕士研究生：吴俊利导师：牟德君副教授副导师：蔡响生高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalEngineeringRESEARCHONGRASPINGDESIGN

2、ANDTRAJECTORYCONTROLOFHANDLINGROBOTbyWuJunliSupervisor:AssociateProfessorMuDejunYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《搬运机械手的抓取设计及轨迹控制研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月

3、日摘要摘要工业机械手是一个具有多输入与多输出的非线性系统，随着工艺要求的提升，对机械手的精度、工作效率、末端平稳等性能的要求也逐渐增高。本课题针对航空飞行器舱盖的装配进行自动化改造，设计了可对舱盖完成抓取和搬运任务的末端执行器，并对机械手的轨迹规划和轨迹跟踪控制算法进行了研究。首先根据舱盖的形状特点及抓取的工作要求，设计了一种由步进电机驱动，丝杠传动的回转型末端执行器，通过抓取预先安装在舱盖上的辅助肋板完成对舱盖的抓取任务，根据计算出的丝杠驱动力矩的值，选择了合适的电机型号。其次选择IRB6640为机械臂，采用D-H法建立了机械手的连杆坐标系求出了运动学的正解，然后

4、用反变换法求出了运动学的逆解，并用Robotics工具箱验证了运动学模型的正确性。采用拉格朗日法建立了机械手的动力学模型，将Adams的仿真结果与在Matlab中的数学计算结果进行对比验证了动力学模型的正确性。运动学和动力学分析是轨迹规划和控制算法研究的基础。然后基于机械手的运动学模型在关节空间内进行轨迹规划，在B样条曲线的基础上提出将3次与5次B样条曲线组合成5-3-5轨迹规划法，在保证轨迹的连续性条件下可对轨迹的起始点和终止点的速度、加速度同时添加约束条件，使机械手的运行轨迹平稳光滑。采用遗传算法进行了最优时间的轨迹优化，提高了工作效率。最后基于机械手的动力学模

5、型，分析了基于RBF神经网络自适应的机械手轨迹跟踪控制方法，仿真实验结果表明该算法具有较高的控制精度，验证了算法的正确性和有效性。关键词：搬运机械手；运动学；动力学；轨迹规划；RBF网络-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractIndustrialrobotsisanonlinearsystemwithmultipleinputsandmultipleoutputs,withtheupgradingofthetechnicalrequirementsoftherobot'saccuracy,efficiency,andotherendsteadyperforma

6、ncerequirementsarealsograduallyincreased.Theissuefortheaviationaircrafthatchassemblyautomationtransformation,designedtocoverthecompletionofthetaskofhandlingandtransportingtheendeffector,androbottrajectoryplanningandtrajectorytrackingcontrolalgorithmisstudied.Firstly,accordingtothechara

7、cteristicsoftheshapeofthehatchandcrawledworkrequirements,agripperwhichisdrivenbyasteppingmotorandscrewwasdesigned.Thegripperbygrabbingpre-installedonthecoveroftheauxiliaryribtocompletethetaskcrawlhatch.Accordingtothecalculatedvalueofthescrewdrivingtorque,selecttherightmotormodel.Seco