六自由度机器人本体设计及轨迹虚拟仿真

王晓丽　孙晓莉

摘要：随着科技的发展，机器人技术已经用在各行业，尤其在工业生产制造领域，机器人技术是高科技的体现。本文设计7六自由度工业机器人身体的各个构件，并对其进行运动学分析，并建立动力学数学模型，最后用Matlab仿真软件模拟其运动轨迹。最终得到六自由度工业机器人身体各关节随时间变化曲线。

关键词：工业机器人运动学动力学运动轨迹Matlab仿真

引言

20世纪50年代末第一台工业机器人诞生于美国，随着工业机器人技术的发展，机器人技术更加智能化，我国的机器人技术起始于20世纪70年代，目前我国的机器人技术在汽车制造业方面得到了广范使用。纵观国内外现状，工业机器人技术是新世纪世界各国发展的重要的高新技术之一。

1本文的研究意义

机器人轨迹是机器人在实际工作过程中，根据工作要求所走的路线。在其行走过程中末端执行器关节随时间的变化。本文对机器人行走轨迹规划，对提高运动效率和控制精度有很重要的作用。本次设计采用虚拟技术，缩短机器人试验研发周期，达到化繁为简从而对对虚拟仿真模型控制，达到研究目的。

2本文主要研究内容

设计六自由度机器人，并对机器人模型参数建模，用运动学知识推算机器人运动轨迹，以及对各项运动参数建模，用仿真软件对机器人本体运动验证，使其达到设计要求。

3六自由度工业机器人的结构设计

该机器人结构包括：底座、腰部回转部件、大臂部件、小臂部件、手腕部件、手部部件、六个轴，其中三个旋转轴，三个摆动轴。采用步进电机驱动机器人的各个关节，通过计算传动装置的参数，完成机器人整体结构的装配。确保了本次设计在实际工况中运行的可靠性。从而达到控制要求。总体设计如图1所示。

4六自由度工业机器人的运动学分析

机器人正运动学分析：本次设计的机器人采用开环连杆机构，通过调节机器人各关节变量，推算各关节的相对位置，使机器人以不同的位姿到达其运行位置。建立相邻关节坐标系，各关节之间的矩阵，求出末端位姿。

5机器人动力学分析及轨迹规划

5.1机器人动力学分析

机器人动力学方法有很多，本文采用拉格朗日方法进行六自由度机器人动力学分析[3]，在分析机器人动力学过程中忽略机器人各关节部件之间的摩擦力。

矩阵形式如下：

综上所得建立其动力学参数模型。

6机器人运动学动力学以及轨迹仿真

6.1机器人运动学仿真

本文运用matlab的Rob。tlCs T。olbox模块对机器人运动学仿真。和该系统的运动特性理论上分析。

6.2机器人动力学仿真分析

机器人动力学采用adams软件仿真，末端位置Marker的位移曲线如图3所示：

6.3機器人轨迹规划仿真

本文运用matlab对所设计机器人的运动路径仿真，仿真结果如图4所示：

从图4可知在该段轨迹中机器人各关节随时间变化曲线。

7小结

通过机器人设计并仿真满足本文要求设计。本次设计具有可行性，可以达到国内领先。

参考文献

[1]陈成，六自由度工业机器人虚拟设计及仿真分析[D]：南京信息工程大学，2013.

[2]王鸿鹏，杨云，刘景泰.高速移动机器人的研究现状与发展趋势.自动化与仪表，2011，26（12）：14.

[3]徐扬生，智能机器人引领高新技术发展，科学时报，2 010，（8）：1-4.