喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件

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1、分类号学号M201070269学校代码10487密级硕士学位论文喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件学位申请人:杨震学科专业:机械电子工程指导老师:杨文玉教授答辩日期:2013年1月17日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringInverseKinematicAlgorithmandSimulationSoftwareforPaintingRobotsCandidate:YangZhenMajor:Mech

2、atronicEngineeringSupervisor:Prof.YangWenyuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan，Hubei430074，P.R.ChinaJan.，2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日

3、期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要制造业尤其是汽车行业的迅速发展对喷涂机器人的需求越来越强烈，研发具有自主知

4、识产权的国产化喷涂机器人成套装备，已成为我国工业发展的迫切需要。在机器人的设计开发及性能优化中，机器人运动学、动力学分析与仿真是一项基础的工作。具有空心手腕结构的喷涂机器人后三个关节轴偏置，其逆运动学一般不存在封闭解。建立机器人逆运动学有效求解模型，是喷涂机器人开发的基本问题。本文针对所研制的喷涂机器人，采用连杆坐标系的D-H建模方法，推导了喷涂机器人的运动学模型。采用蒙特卡罗仿真方法，分析了喷涂机器人的工作空间，根据国家标准对工作空间进行了规范表达。推导了喷涂机器人的雅克比矩阵及其行列式，并研究了机器人的灵巧性指标，提出了第二条件数的

5、概念，实现了机器人的奇异性分析。采用牛顿-欧拉递推方法推导了机器人的动力学模型，实现了机器人笛卡尔空间的轨迹规划，分别为直线规划和圆弧规划。本文重点研究了喷涂机器人逆运动学的求解方法，主要包括迭代法和消元法。通过对奇异位置的特殊处理和阻尼因子的自适应调整，改进了阻尼最小二乘DLS法；在Manocha消元法的基础上，通过矩阵拆分和符号运算预处理等技术，提高了消元法的性能，实现了算法的实时性。逆运动学算法在实际应用中取得了良好的效果。最后，对机器人的运动学、动力学、轨迹规划等知识进行了整合，根据软件设计的基本思想和技术手段，结合大型仿真软件

6、的功能架构，采用C++为编程语言，MFC搭建软件主框架，开发了机器人仿真软件，为喷涂机器人设计与性能分析提供了一个仿真平台。关键字：喷涂机器人；逆运动学；阻尼最小二乘法；消元法；机器人仿真I华中科技大学硕士学位论文AbstractAstherapiddevelopmentofmanufacturingindustry,especiallytheautomobilefield,theneedforpaintingrobotsismoreandmoreurgent.Developingthepaintingrobotwithself-int

7、ellectualpropertyisrequiredurgentlybyourindustry.Theanalysisandsimulationofrobotkinematicanddynamicisabasicworkduringthedesignandoptimizationofrobots.Thehollowwristofpaintingrobotleadstheoffsetoflast3joints,andthereisnoclosed-formsolutionfortheinversekinematic.Buildingef

8、fectivemodelfortheinversekinematicsolutionisoneofthemostbasicproblemsinthedevelopmentofpaintingrobots.T