机械手抛光技术轨迹规划及其仿真研究

论文摘要

机械抛光是抛光领域中重要分支之一,也是实现抛光自动化的基础。从古到今人们一直在关注物体表面的光滑性,特别是当今人们更加重视工件的表面光滑性,如何实现自动化抛光,提高抛光效率是一个摆在企业面前的难题。自动抛光技术的关键在于对机械手的运动学、轨迹规划及其仿真等研究,因而这个课题一直倍受关注。本文分析了国内外轨迹规划的发展状况,结合某公司的实际情况,以六自由度PUMA560机械手为对象,对机械手运动学正解及逆解问题进行了分析和求解；分析和阐述了机械手在关节空间和笛卡尔空间下的几种轨迹规划方法；详细分析了关节空问中的三次多项式插值和五次式多项插值的位移、速度和加速度,并应用这两种方法分别对门把手进行了抛光轨迹规划。对比仿真结果可以得出五次多项式插值虽然轨迹规划时计算量较大,但角加速度具有连续性,从而使得工作装置可以平稳运行。本文是在VC++的OpenGL环境中,以现代计算机图形技术、三维建模技术为依托,设计了具有交互性和开放性的机械手运动仿真系统。借助于该系统,可以在不接触机械手实物的前提下得到机械手的末端运动轨迹；在计算机的虚拟环境中可以看到仿真结果；同时,借助于该系统可以进行多种工况及多种方法的运动仿真,从而可以对比分析各种仿真轨迹的优劣,以便从中选择最佳的抛光轨迹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 轨迹规划国内外研究现状与发展动态
• 1.2.2 抛光机械手仿真系统的现状
• 1.3 研究意义
• 1.3.1 目的
• 1.3.2 理论意义
• 1.3.3 实际应用价值
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 抛光机械手运动学分析
• 2.1 抛光机械手简介
• 2.2 抛光机械手的位姿描述
• 2.2.1 机械手的位置描述
• 2.2.2 机械手的姿态描述
• 2.3 抛光机械手的坐标变换
• 2.3.1 坐标系的平移变换
• 2.3.2 坐标系的旋转变换
• 2.3.3 坐标系的联合变换
• 2.3.4 齐次坐标变换与位姿矩阵
• 2.3.5 抛光机械手齐次坐标变化
• 2.4 抛光机械手的连杆坐标系方程的建立
• 2.5 抛光机械手的运动学的正解
• 2.6 抛光机械手的运动学的逆解
• 2.7 本章小结
• 第三章 机械手抛光技术中的轨迹规划
• 3.1 抛光机械手的轨迹规划
• 3.2 关节空间中机械手的轨迹规划
• 3.2.1 三次多项式插值轨迹规划
• 3.2.2 五次多项式插值轨迹规划
• 3.3 笛卡尔空间中机械手的轨迹规划
• 3.4 机械手抛光末端执行器的轨迹
• 3.4.1 门把手轨迹的关键控制点
• 3.4.2 抛光机械手关节角度值
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于VC++抛光机械手轨迹规划的仿真系统设计
• 4.1 仿真的概述
• 4.2 基于VC++中的OpenGL仿真
• 4.3 机械手的几何建模
• 4.3.1 基于UG机械手的建模
• 4.3.2 设置关节副
• 4.4 仿真系统的设计
• 4.4.1 建立一个单文档程序
• 4.4.2 连接静态库
• 4.4.3 创建渲染描述表
• 4.4.4 显示绘图
• 4.5 抛光机械手仿真系统界面说明
• 4.6 本章小结
• 第五章 抛光轨迹仿真的实现及分析
• 5.1 机械手的结构描述
• 5.1.1 机械手位姿类的定义
• 5.1.2 机械手关节转角类的定义
• 5.2 抛光机械手运动学程序
• 5.3 轨迹规划程序
• 5.4 三次多项式插值仿真分析
• 5.5 五次多项式插值仿真分析
• 5.6 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢