二自由度机器人位置控制

洛阳理工学院毕业设计（论文）I二自由度机器人角度控制仿真摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。本次设计主要是对二自由度机器人的位置控制进行设计和仿真，采用了PD控制方法，运用MATLAB语言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度机器人的几何模型、动力学模型。并构建控制器的模型，通过调整控制器参数，对二自由度机器人的位姿进行控制，并将实验中采集到数据导入到MATLAB环境中进行仿真，达到较好的控制效果。关键词：PD，运动学，二自由度机器人洛阳理工学院毕业设计（论文）IITwodegreesoffreedomrobotAnglecontrolsimulationABSTRACTOverthepasttwentyyears,robottechnologyisdevelopingveryrapidly,variousUSESofrobotsinallfieldswidely.Inresearchandapplicationofrobotinourcountry,thereisstillagapcomparedwithindustrializedcountries,sotheresearchanddesignallkindsofrobots,especiallyindustrialrobot,thepromotionoftheuseofrobotshasarealisticsignificance.ThisdesignismainlyfortwodegreesoffreedomRobotpositioncontroldesignandsimulation,thePDcontrolmethodisadopted,usingtheMATLABlanguage,theSimulinkandRobotkit,twodegreesoffreedomRobotgeometrymodel,thedynamicmodel.Andbuildthemodelofthecontroller,byadjustingthecontrollerparameters,tocontroltwodegreesoffreedomrobotpose,andtheexperimentcollecteddataimportedtoMATLABsimulationenvironment,achievegoodcontroleffect.KEYWORDS:PD，motioncontrol，2-DOFparallelrobot洛阳理工学院毕业设计（论文）III目录前言................................................................................................1第1章绪论......................................................................................21.1研究背景...............................................................................21.2选题的意义...........................................................................2第2章机器人运动学及动力学.......................................................42.1运动学概述...........................................................................42.2机械手..................................................................................42.2.1机器手的机构和运动.................................................42.2.2运动学及动力学关系.................................................62.3动力学概述...........................................................................82.4惯性矩分析............................................................................82.5拉格朗日运动学方程............................................................9第3章机器人运动控制系统.........................................................133.1概述....................................................................................133.1.1机器人控制特点.......................................................133.1.2机器人控制方式.......................................................143.2PD控制器............................................................................14第4章MATLAB软件....................................................................164.1MATLAB简介.....................................................................164.2MATLAB的优势.................................................................174.3SIMULINK仿真以及ROBOTTOOLBOOX......................19第5章动态仿真.............................................................................215.1机器人模拟参数.................................................................215.2机器人运动学模型.............................................................225.3机器人动力学模型.............................................................235.4动力学与运动学模型联立.................................................24结论..............................................................................................28谢辞................................................................................................29洛阳理工学院毕业设计（论文）IV参考文献..........................................................................................30外文资料翻译..................................................................................32洛阳理工学院毕业设计（论文）1前言机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。洛阳理工学院毕业设计（论文）2第1章绪论1.1研究背景机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国是从20世纪80年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后，我国在机器人技术及其应用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，自动化研究所1993年研制的喷涂机器人，1995年完成的高压水切割机器人，国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所研制的有缆深潜300m机器人，无缆深潜机器人，遥控移动作业机器人，2000年国防科技大学研制的两足类人机器人，北京航空航天大学研制的三指灵巧手，华南理工大学研制的点焊、弧焊机器人，以及各种机器人装配系统等。我国目前拥有机器人4000台左右，主要在工业发达地区应用，而全世界应用机器人数量为83万台，其中主要集中在美国、日本等工业发达国家。在机器人研究方面，我国与发达国家还有一定差距。1.2选题的意义在机器人研究方面，二自由度机器人的研究已比较深入和成熟应用，洛阳理工学院毕业设计（论文）3二自由度机器人的自由度较少，属于少自由度机器人的范畴[1]，其结构更加简单，经济便宜，而且运动封闭，运动容易实现解耦；而且其运动平台可以只在一个平面上做纯移动，这样易于实现机器人运动控制。因此少自由度机器人是国际上机器入学研究的热点之一，而少自由度机器人中的二自由度机器人机构更是受到了关注。南京航空航天大学的熊启家和吴洪涛提出了一类新型平面二自由度机构[2]，可用作二自由度平面运动的工作台，他们分析了这种机构运动学的正反解，获得了该机构动力学模型。然后基于该动力学模型，对机构的反向动力学进行仿真计算分析，从而获得了运动状态下机构驱动电机的驱动力和各构件的受力情况，由此为该机构的设计及具体应用奠定了坚实的基础。王启明和汪劲松也对二自由度的机器人操作臂进行了运动