教学机器人本体设计及其关键技术研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文教学机器人本体设计及其关键技术研究姓名：吴健荣申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王立权20070201哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、培养机器人技术人才、推广机器人的应用是有现实意义的。本文的工作是围绕一个六自由度的教学机器人系统的开发和设计进行的。’论文首先根据教学机器人的任务要求

2、，确定机器人的各项基本技术指标，为机器人系统的设计提供依据；在此基础上，通过分析比较，提出机器人的六自由度关节型总体结构型式，确立了采用直流力矩电机驱动、谐波减速器传动、增量式光电编码器检测的总体方案；介绍了控制系统总体框架。采用改进的D．H法建立教学机器人的数学模型，对其运动学正解、雅可比矩阵进行求解，采用代数逆解方法求得其逆解。并对工具的变换和采用不同基坐标的情况进行分析，指明了使求解方法通用化的方法。运用MATLAB软件对教学机器人的工作空间进行了分析，仿真分析了传感器、减速器误差以及加工制造

3、误差引起的末端位置误差。对机器人本体结构进行设计．在对机器人关节工作状况进行分析的基础上，选择各关节电机、减速器的型号。对各关节的结构进行了详细的设计，校核了部分关键零件，给出了典型关节的装配图，并对整个机器人本体进行了虚拟设计，给出了三维仿真模型。建立了关节控制的数学模型，提出采用速度、位置双闭环的控制策略来实现关节控制，运用MATLAB软件辅助设计方法设计了速度、位置PID控制器。最后探讨了教学机器人轨迹规划的有关问题，给出了运动学正、逆解的程序实现方法，关节空间插补方法，笛卡儿空间直线、平面圆

4、弧、空间圆弧插补算法。关键词：机械手；教学机器人；运动学；位置伺服系统哈尔滨工程大学硕士学位论文Abstracththepasttwentyyears．tlaerobottedmologyh硒beenclcvelopexlgreatlyandusedinmanydifferentfields．TherejsalargegapbetweenOUrcountryandthedewlopexlcountriesinresearchandapplicationoftherobotteelmologySOth

5、attherewillbeagreatvaluetostudy,design,andapplydifferentkindsofrobotsespeciallyindustrialrobotsandcultivatepersonwithabilityinrobotic．Allowingforthcdemandofteachingandscientificreseat'ell,ateachingrobotsystemisdeveloped．Theresearelaisaboutthedesignofat

6、eachingrobotsystemwithsixdegreeoffreedom．Atfirst,accordingalldemandsthatrelated,锄expectedteelmologycriterionhasbeenproposedasabaslegoalinthispalJcr．Basingonthatgoalandmanyexamples,thjsrobotadoptedsixdegreeoffreedomarelfitcctttrc．TheschemeofDemotorwithh

7、armonicreducerandincrementalcneodcra∞proposed．Thecontrolsystmschemealsoh笛beenintroduced．。Thekinematicalmodeloftherobotisanalyzcdandestablishedandalsotheforwardandi．versckinematicalequationisobtained．Analgebraicisproposedtoobtainthesolutionsofthismodela

8、ndtheJacobinmatrixisdeducted．mmethodispresentedtoinsurethismodel啪adaptvariousreferenceframes．TheworkspaeeandthepositionctrOl"a∞analyzedintheMATLABsoftwareenvironment．Inloartieular,filestructuredesignisintroducedinlbepaper．ThetypeofDCmot