六自由度機器人本體設計及軌跡虛擬仿真

王曉麗　孫曉莉

摘要：隨著科技的發展，機器人技術已經用在各行業，尤其在工業生產制造領域，機器人技術是高科技的體現。本文設計7六自由度工業機器人身體的各個構件，并對其進行運動學分析，并建立動力學數學模型，最后用Matlab仿真軟件模擬其運動軌跡。最終得到六自由度工業機器人身體各關節隨時間變化曲線。

關鍵詞：工業機器人運動學動力學運動軌跡Matlab仿真

引言

20世紀50年代末第一臺工業機器人誕生于美國，隨著工業機器人技術的發展，機器人技術更加智能化，我國的機器人技術起始于20世紀70年代，目前我國的機器人技術在汽車制造業方面得到了廣范使用。縱觀國內外現狀，工業機器人技術是新世紀世界各國發展的重要的高新技術之一。

1本文的研究意義

機器人軌跡是機器人在實際工作過程中，根據工作要求所走的路線。在其行走過程中末端執行器關節隨時間的變化。本文對機器人行走軌跡規劃，對提高運動效率和控制精度有很重要的作用。本次設計采用虛擬技術，縮短機器人試驗研發周期，達到化繁為簡從而對對虛擬仿真模型控制，達到研究目的。

2本文主要研究內容

設計六自由度機器人，并對機器人模型參數建模，用運動學知識推算機器人運動軌跡，以及對各項運動參數建模，用仿真軟件對機器人本體運動驗證，使其達到設計要求。

3六自由度工業機器人的結構設計

該機器人結構包括：底座、腰部回轉部件、大臂部件、小臂部件、手腕部件、手部部件、六個軸，其中三個旋轉軸，三個擺動軸。采用步進電機驅動機器人的各個關節，通過計算傳動裝置的參數，完成機器人整體結構的裝配。確保了本次設計在實際工況中運行的可靠性。從而達到控制要求。總體設計如圖1所示。

4六自由度工業機器人的運動學分析

機器人正運動學分析：本次設計的機器人采用開環連桿機構，通過調節機器人各關節變量，推算各關節的相對位置，使機器人以不同的位姿到達其運行位置。建立相鄰關節坐標系，各關節之間的矩陣，求出末端位姿。

5機器人動力學分析及軌跡規劃

5.1機器人動力學分析

機器人動力學方法有很多，本文采用拉格朗日方法進行六自由度機器人動力學分析[3]，在分析機器人動力學過程中忽略機器人各關節部件之間的摩擦力。

矩陣形式如下：

綜上所得建立其動力學參數模型。

6機器人運動學動力學以及軌跡仿真

6.1機器人運動學仿真

本文運用matlab的Rob。tlCs T。olbox模塊對機器人運動學仿真。和該系統的運動特性理論上分析。

6.2機器人動力學仿真分析

機器人動力學采用adams軟件仿真，末端位置Marker的位移曲線如圖3所示：

6.3機器人軌跡規劃仿真

本文運用matlab對所設計機器人的運動路徑仿真，仿真結果如圖4所示：

從圖4可知在該段軌跡中機器人各關節隨時間變化曲線。

7小結

通過機器人設計并仿真滿足本文要求設計。本次設計具有可行性，可以達到國內領先。

參考文獻

[1]陳成，六自由度工業機器人虛擬設計及仿真分析[D]：南京信息工程大學，2013.

[2]王鴻鵬，楊云，劉景泰.高速移動機器人的研究現狀與發展趨勢.自動化與儀表，2011，26（12）：14.

[3]徐揚生，智能機器人引領高新技術發展，科學時報，2 010，（8）：1-4.