四自由度机械手轨迹规划及运动控制

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1、分类号:TH1210710-2009125070硕士学位论文四自由度机械手轨迹规划及运动控制张升导师姓名职称惠记庄教授申请学位级别硕士学科专业名称机械设计及理论论文提交日期2012年5月28日论文答辩日期2012年6月2日学位授予单位长安大学TrajectoryPlanningandMotionControlofFourDegreesofFreedomManipulatorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangShengSupervisor：Prof.HuiJi-zhuangChang’anUniversity

2、,Xi’an,China摘要工业机械手具有高度的灵活性和通用性，已在汽车、电子和搬运等行业获得了广泛的应用。随着机械手的运用越来越普及，其研究也取得了很大的进展。出于对机械手控制精度的要求越来越高，对机械手运动控制及轨迹规划的研究就显得非常重要。本文采用固高公司的四自由度GRB400机械手为研究平台，建立机械手D-H数学模型求解运动学正问题及逆问题，并运用ADAMS仿真软件仿真分析验证模型正确性；建立了基于D-H参数的机械手末端位姿误差模型，通过数据分析得出对末端位姿误差影响效果显著的运动学参数主要为角度误差Δα和关节变量误差Δθ；研究机械手在关节空间的两种多项式插值轨迹规划方法、抛物

3、线过渡的轨迹规划方法以及笛卡尔坐标空间的直线轨迹插补方法和圆弧轨迹插补方法，通过MATLAB数据分析得出抛物线过渡的轨迹规划方法关节运动过程相对更平稳；对关节的驱动伺服电机进行基于DSP控制下S形曲线运动方式测试，输出的规划响应曲线显示运动过程中电机运行平稳，并通过编程实现机械手运动控制。关键词：工业机械手；运动学；位姿误差；轨迹规划；运动控制IAbstractIndustrialmanipulatorisahighdegreeofflexibilityandversatility,intheautomotive,electronics,transportationandotherin

4、dustrieshasbeenwidelyused.Withtheuseofmanipulatorisbecomingmoreandmorepopular,theresearchhasmadegreatprogress.Formanipulatorcontrolaccuracyoftheincreasinglyhighdemand,themanipulatormotioncontrolandpathplanningisveryimportantinthestudyof.ThispaperusesthesolidhighdegreeoffreedomoffourGRB400manipul

5、atorasresearchplatform,establishingmechanicalhandD-Hmathematicalmodelsolvingforwardkinematicsandinverseproblem,andtheuseofADAMSsimulationsoftwaresimulationandanalysisprovethecorrectnessofmodel;BasedontheD-Hparametersofthemanipulatorend-effecterposeerrormodel,throughtheanalysisofthedataobtainedon

6、theposeerroreffectremarkablekinematicsforthemainparametersofangleerrorΔαandjointvariableerrorΔθ;Researchofmanipulatorinjointspaceoftwopolynomialinterpolationmethodoftrajectoryplanning,theparabolatransitiontrajectoryplanningmethodandCartesiancoordinatespacelinearinterpolationmethodandarcinterpola

7、tionmethod,throughMATLABdataanalysisparabolatransitionmethodoftrajectoryplanningofjointmotionprocessisrelativelymorestable;OnjointdriveservomotorbasedonDSPunderthecontrolofScurvemovementmodetest,theoutputoftheplanningrespons