五自由度机械臂运动和控制仿真分析

发布时间：2016-07-09 02:09

  本文关键词：五自由度机械臂运动和控制仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2012年

五自由度机械臂运动和控制仿真分析

任崇轩  

【摘要】：随着工业的不断发展和科技的不断进步，工业机器人得到了越来越广泛的应用。对工业机器人的研究，有助于提高工作效率和改善操作性能。而机器人运动学、动力学和控制理论则是工业机器人研究的重要基础。 本文以实验室自行研发的五自由度机械臂为研究对象，对其运动学、动力学和控制方面进行建模、仿真和分析。 首先，建立了机械臂的ADAMS虚拟样机。采用Pro/E软件建立机械臂零件三维模型，装配并进行静态和动态干涉检查。在确保机械臂的零部件无干涉后，将其装配体文件保存为Parasolid格式文件并导入ADAMS。在ADAMS/View模块中，设置工作环境，修改实体模型，创建运动约束，建立了机械臂虚拟样机。 其次，对机械臂进行了运动学建模、仿真和分析。运用D-H参数法建立了机械臂的运动学模型，，推导出正运动学方程，采用代数方法求出其逆运动学解。基于MATLAB的Robotics Toolbox,编程实现了机械臂的数学模型，并实现了正、逆运动学的数值计算和可视化仿真。基于机械臂的ADAMS虚拟样机，进行了运动学仿真，仿真结果定性地验证了正、逆运动学分析结论。 再次，对机械臂进行了动力学建模、仿真和分析。基于牛顿-欧拉迭代动力学算法，对机械臂进行了逆向动力学分析与建模，得到逆向动力学方程的一般形式。基于MATLAB中的Robotics Toolbox，实现了机械臂正、逆动力学仿真。基于机械臂的ADAMS虚拟样机，进行了逆向动力学仿真，两者结果相互印证。 最后，对机械臂进行了控制的建模、仿真和分析。一方面，建立了单关节模型，并基于控制律分解方法建立了机械臂的运动控制模型，实现了MATLAB和ADAMS的联合仿真，结果显示了该系统良好的阶跃响应、轨迹跟踪性能。另一方面，基于计算力矩法，建立了机械臂的动态控制模型，采用MATLAB中的Robotics Toolbox搭建了仿真系统，结果显示了该系统具有精确的轨迹跟踪能力。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP242
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 秦娟;光电机器人的高精度实时控制系统研究[D];电子科技大学;2013年

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑柏超;王银河;;一类互联机器人系统的鲁棒分散跟踪控制[J];动力学与控制学报;2008年01期

2 卢继平,郑力,徐家球,张伯鹏;虚拟机床建模与仿真[J];计算机集成制造系统-CIMS;1999年03期

3 侯国柱;张晓峰;;基于Pro/E和ADAMS的机器人虚拟设计与仿真[J];机械设计与制造;2009年03期

4 马如奇;郝双晖;郑伟峰;郝明晖;宋宝玉;;基于MATLAB与ADAMS的机械臂联合仿真研究[J];机械设计与制造;2010年04期

5 周兵;许艳;;并串联复合机器人的鲁棒控制[J];机械工程学报;2006年05期

6 边宇枢;高志慧;贠超;;6自由度水下机器人动力学分析与运动控制[J];机械工程学报;2007年07期

7 方道星;余跃庆;陈炜;;基于模糊控制的2R欠驱动机器人位置控制[J];机械工程学报;2008年01期

8 邓宏光;郑文;游思坤;;基于Pro/E Mechanism的挖掘机工作装置动力学分析[J];煤矿机械;2010年03期

9 王传江;苏学成;樊炳辉;孙秀娟;;PJR-X小型喷浆机器人滑模变结构控制系统[J];煤炭学报;2007年05期

10 Farooq M;王道波;;5自由度机器人手臂模糊自适应控制(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2007年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 范叔炬;机械臂运动学算法设计[D];浙江大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 余震;沈琛林;陈雪辉;;基于ADAMS的行星减速器运动学仿真研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年05期

2 张海芸;张宏文;阎金刚;;胶棒滚筒式采棉机棉箱的建模与仿真[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年21期

3 樊爱琼;;基于空气弹簧的农用机车物理减震仿真研究[J];安徽农业科学;2010年15期

4 顾书龙,张宏彬,洪求三;Vacco动力学方程的形式不变性[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2004年03期

5 丁光涛;;力学系统状态空间的探讨[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2010年06期

6 丁光涛;;对变分原理中时间微商类型的分析[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2011年05期

7 余书田;哈密顿对分析力学发展的伟大贡献[J];安康师专学报;1993年Z2期

8 宋宇,陈无畏;汽车麦克弗森滑柱式悬架多刚体模型的建立及仿真[J];安徽农业大学学报;2003年03期

9 汤萍;余承辉;;基于ADAMS软件的机械动力学建模过程分析[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年04期

10 赵玉侠;高德文;何广平;;轮式移动机器人在圆形管道中的运动学建模与仿真分析[J];北方工业大学学报;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 曹洁;吕敬;王琪;彭慧莲;;含滚动摩阻非光滑多体系统动力学方程的数值计算方法[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

2 芮筱亭;戎保;;多体系统传递矩阵法研究进展[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

3 王诗虎;孙营;杨宇;杨玉良;董华东;;超级单胎牵引车振动仿真分析与优化[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

4 张红旗;王璐;石磊;陈科;;数字化设计方法在军事电子装备研制中的应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年

5 张红旗;王璐;;面向军事电子装备的数字化设计方法[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年

6 贺妍;张晓燕;李海滨;刘科元;刘志彬;段志信;;履带车辆的动力学建模与仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

7 彭丽媛;李晖;居鹤华;;崎岖地形环境中月球车的动力学建模与仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

8 左宗玉;;四旋翼无人飞行器自适应轨迹跟踪控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

9 付鹏;唐辉;;隔膜泵动态仿真分析技术[A];科学发展与社会责任（A卷）——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年

10 郑晓曦;吴今培;孙国正;;虚拟样机生成系统的研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年

4 陈海卫;波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究[D];江南大学;2010年

5 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年

6 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年

7 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年

8 任彬;精密塑料注射成型装备产品数字化设计关键技术及平台构建[D];浙江大学;2010年

9 李雨桐;并联机构运动奇异性及其动态稳定性研究[D];浙江大学;2010年

10 许增金;大型往复式压缩机轴系动力学特性研究[D];沈阳工业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘欣丽;液压支架双伸缩立柱承载特性研究[D];山东科技大学;2010年

2 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年

3 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年

4 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年

5 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年

6 吴小旺;液压支架机液联合仿真与液压控制系统分析[D];山东科技大学;2010年

7 殷慧;机器人假肢功能设计与分析[D];山东科技大学;2010年

8 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年

9 梁鹏飞;基于数字化功能样机的炸药破碎机性能分析[D];长春理工大学;2010年

10 史永伟;轮式装载机驱动桥多体动力学仿真分析[D];浙江理工大学;2010年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范毅,李少慧;工控网络中设备通信协议的兼容[J];兵工自动化;2001年01期

2 王沫楠,孙立宁;多运动方式移动机器人控制系统设计[J];电机与控制学报;2005年04期

3 李东洁;邱江艳;尤波;;一种机器人轨迹规划的优化算法[J];电机与控制学报;2009年01期

4 于湘珍,李美芳,田联房;柔性机器人的模糊神经网络控制研究[J];电子科技大学学报;2005年02期

5 骆德渊;刘荣;李纪文;;采用模糊逻辑的移动机器人轨迹跟踪[J];电子科技大学学报;2008年06期

6 王美川;王紫婷;;基于FPGA控制的步进电机驱动设计[J];电子测量技术;2008年06期

7 张团善;肖磊;张娜;;基于STM32和FPGA的多轴运动控制器的设计[J];电子测量技术;2011年05期

8 邹立颖;邓东;李惠光;;一种手眼机器人视觉伺服控制方法的设计[J];电子技术;2008年05期

9 刘霖;王平;刘娟秀;叶玉堂;贾宏宇;;解决大幅面CCD相机三色分离的方法[J];光学精密工程;2012年10期

10 陈莎;叶玉堂;刘霖;刘娟秀;谢煜;谭良;秦娟;;PIN边缘不规则形态的高精度快速视觉检测方法研究[J];光电子.激光;2012年12期

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 管成,朱善安;电液伺服系统的积分滑模自适应控制[J];电工技术学报;2005年04期

2 祝晓才;董国华;蔡自兴;胡德文;;不确定曲面上非完整移动机器人的鲁棒镇定[J];动力学与控制学报;2006年04期

3 邹璇,李德华;多关节机械臂的坐标模型和参数标定[J];光学精密工程;2001年03期

4 周祥龙,赵景波;欠驱动非线性控制方法综述[J];工业仪表与自动化装置;2004年05期

5 朱齐丹,席志红;具有非驱动关节机器人的位置闭环控制[J];哈尔滨工程大学学报;2002年04期

6 于金盈,许宏光,赵克定,袁立鹏;全阶滑模变结构解耦控制器在液压转台设计中的应用[J];航空学报;2005年03期

7 张卫锋;樊炳辉;;基于UG和ADAMS的变形移动机器人的动力学仿真分析[J];机床与液压;2007年01期

8 程小宁;韦巍;;CRS型机械手的逆运动求解新算法[J];机电工程;2007年10期

9 龚建球;刘守斌;;基于Adams和Matlab的自平衡机器人仿真[J];机电工程;2008年02期

10 谢明江,代颖,施颂椒;机器人鲁棒控制研究进展[J];机器人;2000年01期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期

2 黄志雄,何清华,吴万荣,谢习华;大型水轮机叶形现场检测机械臂运动学分析[J];中南工业大学学报(自然科学版);2003年02期

3 向国菲;;基于LSM303DLH的机械臂空间定位[J];科技致富向导;2011年27期

4 陈建国;姜增如;;基于自适应控制的机械臂远程实验系统[J];实验技术与管理;2006年03期

5 四海;;数码化的思想——用脑操纵机器的梦想与现实[J];科学24小时;2008年04期

6 刘中;;基于虚拟仪器的开放式机械臂实验系统[J];电气电子教学学报;2009年S2期

7 尚毅;;机械臂动力学模型的向量-矩阵推导方法[J];控制工程;1986年05期

8 徐世钰;;Kane 方程在机械臂动力学中的应用[J];西安电子科技大学学报;1988年02期

9 ;立体扫描仪[J];个人电脑;1997年04期

10 周骥平,朱兴龙,颜景平;机器人机械结构参数的相关性分析[J];中国机械工程;2003年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈瑞燕;梁辉;冯永;;用于深水水下设备下放安装的多功能机械臂[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年

2 陈建业;刘士荣;史先鹏;;一类带不确定性机械臂的动态面控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

3 刘铖;田强;胡海岩;;卫星本体-柔性抓取机械臂-柔性太阳翼耦合系统动力学与控制研究[A];第七届全国多体系统动力学暨第二届全国航天动力学与控制学术会议会议论文集[C];2011年

4 赵鹏飞;胡立坤;;全局快速终端滑模控制在六自由度机械臂轨迹跟踪中的应用[A];中南六省（区）自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年

5 黄志雄;何清华;邹湘伏;柳波;;一种求取运动学逆解的新算法[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年

6 丛爽;周海燕;;基于Internet-PC的机械臂网络远程控制系统的解决方案[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

7 田军霞;赵京;张凯亮;;冗余度机器人锁定故障关节后容错空间的变化研究[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年

8 张令波;孙富春;孙增圻;;基于云模型的柔性机械臂轨迹跟踪与振动抑制控制[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年

9 刘达;王田苗;张浩;;一种用于辅助外科手术的机械臂设计[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

10 柴莹;申晓留;王秀全;;六自由度关节式机械臂路径规划[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者何德功;[N];人民日报;2003年

2 张大伟　陈宏宇;[N];中国航天报;2011年

3 记者 贾婧;[N];科技日报;2011年

4 陈盈;[N];中国国防报;2009年

5 翟军;[N];北京日报;2000年

6 ;[N];新华每日电讯;2008年

7 葛秋芳;[N];新华每日电讯;2008年

8 夏飞平　赵俊和;[N];中国国门时报;2008年

9 张孟军;[N];科技日报;2005年

10 本报记者 李金金;[N];北京科技报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王相兵;工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D];浙江大学;2014年

2 赵志刚;空间站机械臂转位控制与振动抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 石进峰;空间机械臂热控制关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

4 赵博;多故障并发的可重构机械臂主动分散容错控制方法研究[D];吉林大学;2014年

5 熊根良;具有柔性关节的轻型机械臂控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 熊根良;具有柔性关节的轻型机械臂控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 王琨;提高串联机械臂运动精度的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年

8 张鹏;机械臂协调操作柔性负载系统动力学与控制[D];吉林大学;2010年

9 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年

10 刘姝阳;基于分布参数模型机械臂操作柔性负载系统控制方法研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张亦朴;基于模糊控制的多功能抽液装置的研制[D];华北电力大学（河北）;2004年

2 赵胜求;基于视觉的PUMA560机械臂控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 韩晓霞;基于神经网络的刚性机械臂控制研究[D];太原理工大学;2005年

4 冯兰胜;基于机械臂的远程控制系统研究[D];西安电子科技大学;2005年

5 王宏源;机械臂关节用永磁无刷直流电动机的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 翟晓军;基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D];东南大学;2005年

7 陈慧;基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D];东南大学;2006年

8 刘海;蒸汽发生器检修机械臂软件系统设计[D];哈尔滨工程大学;2007年

9 李尚军;基于机械臂的远程视频监控系统研究[D];西安电子科技大学;2009年

10 郭琼;基于四自由度机械臂远程监控系统的研究[D];西安电子科技大学;2009年

  本文关键词：五自由度机械臂运动和控制仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：67618