磨抛示教臂系统开发

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1、分类号：TG659单位代码：10183研究生学号：2015414036密级：公开吉林大学硕士学位论文(专业学位）磨抛示教臂系统开发DevelopmentofTeachingSystemofGrindingManipulator作者姓名：宋训鹏类别：工程硕士领域（方向）：智能精密制造指导教师：张雷教授企业导师：孙文生教授级高工培养单位：机械科学与工程学院2018年6月————————————————————磨抛示教臂系统开发————————————————————DevelopmentofTeachi

2、ngSystemofGrindingManipulator作者姓名：宋训鹏领域（方向）：智能精密制造指导教师：张雷博士生导师企业导师：孙文生类别：工程硕士答辩日期：2018年6月2日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，

3、是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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。学位论文储签名：Ｂ曰期：年＃月丨摘要在磨抛加工领域，工业机器人正逐步替代传统人力。但加工工件多样化，工件表面轮廓复杂和较高的加工质量要求使得示教任务繁重，对操作工人技术水平要求较高。为此，本文研制了一种六自由度无驱动力示教臂系统

4、，通过人工拖动示教臂末端夹持的工件或抛光轮对工件进行示教加工，在此过程中记录各时刻示教臂各关节角度，通过一定换算实现工业机械手对工件的再现加工。首先，对示教臂本体结构进行设计。为实现示教系统模仿人工进行作业，依据人体仿生学，仿照人体手臂结构对示教臂进行设计，因而示教臂整体构型包括类似于人体手臂的肩部、大臂、小臂和手四部分。又由于人体手臂每相邻两部分都包含一个旋转和相对扭转的运动，因此分别对示教臂各部位连接结构进行旋转关节和扭转关节设计。并从轻质、便于拖拽的角度出发，对示教臂进行选材和结构优化。依照所

5、设计示教臂结构对示教系统进行正运动学模型的建立，确定示教臂各关节角度与末端位姿关系式。考虑工业机械手与示教臂不同基坐标系下对世界坐标系中同一位置工件进行加工，应用矩阵基础运算，确定示教臂基坐标系向工业机械手基坐标系变换的位姿矩阵。对再现系统建立逆运动学模型，考虑不同位形情况下机械手多解问题，结合几何法与解析法，求解机械手各关节电机实现轨迹再现的逆解值，并根据实际作业情况选取合适的解集。根据示教系统所需记录信号的特点，对数据采集系统的硬件平台和软件交互界面进行设计。选取六只旋转编码器分别作为各关节信号

6、的采集装置，通过FPGA开发板实现对数据的实时同步采集。并从便于操作者观察角度出发，将示教过程中各重要信息显示在交互界面窗口，同时可将记录的数据写入上位机以便于进一步计算处理。使用ADAMS软件搭建示教—再现系统虚拟样机建模型，进行运动学仿真。利用采集的数据验证运动学正逆解准确性，同时检测示教臂、机械手运动过程中是否存在干涉现象，并根据仿真过程中机械手末端执行结构及各关节电机速度、角速度等性能参数对再现加工过程做出预先评估。I搭建示教—再现实验平台，并对示教系统连杆参数及示教臂、机械手基坐标系相对变

7、换矩阵进行标定。以简单典型轨迹为例进行示教实验，控制工业机械手完成轨迹再现，并结合具体磨抛实验检测再现效果。关键词：示教系统，人体仿生学，运动学正逆解，虚拟样机，磨抛实验IIABSTRACTInthefieldofgrindingandpolishing,industrialrobotsaregraduallyreplacingtraditionalmanpower.However,thediversificationoftheprocessingworkpieces,thecomplexityof

8、theworkpiecesurface,andtheprocessingqualityrequirementsmaketheteachingtaskstediousandrequiresahighleveloftechnicalskillsfortheoperators.Forthispurpose,asix-degree-of-freedomteachingarmsystemhasbeendevelopedtomanuallyteachtheworkpiecebym