课程设计-prt参考报告fanuc机器人

ANUC机器人的相关参数，利用USlisAa：机器人设计，运动学问题，动力学分析，校研究现状介 引 研究背 国外研究背 国内研究背 行走分 UG J1关节结构设 J2关节结构设 大 J3关节驱 J4、J5、J6关节驱动及传动部 小 RV50C空心 RVE 计算过 惯量匹 最大运行转矩（最大瞬时转矩 运动学分 坐标系建立及模型简 运动学分析及求 运动学逆 Jacob矩 编程方 Jacob矩 子问题求 轨迹规划及求逆 轨迹规 逆 强度校 大臂构件的有限元分 模型信 材料属 载荷和夹 网格信 算例结 结 底座构件的有限元分 模型信 材料属 载荷和夹 网格信 算例结 结 Adams动力学分析及仿 Adams建 模型的导 运动副的创 样条曲线的导入、驱动及仿 Adams仿 各关节受合力、合力矩 末端轨迹为直线情况 末端轨迹为圆形情况 各关节角位 末端轨迹为直线情况 末端轨迹为圆形情况 各关节角速 末端轨迹为直线情况 末端轨迹为圆形情况 结果分 仿真动 分工及合 附 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铸。随着世界第一台工业机器人1962年在诞生，机器人已经有了三十多年的发展史世界著名机器人学专家，早稻田大学的加藤一郎教授：“机器人应当具有的最20世纪5060年代初，研制成功机很业到；1969，通司用21台国外研究背的KUA、瑞典的ABB、的大型高技术产业。据欧洲经济(UNEE和国际机器人(IF)的统计，202年至204世市率在10%左205年创的30%，2007年全球机器人实际安装量达到650量比2006年增加3114365台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008年全球机器人行业总销售量比2006年增长25％。而无论在使用、生产还是出口方面，一直是全球领先者，目前已经130余家专业的机器人制造商。世界各国主要行业对机器人的需求详人已应用在汽车制的焊装线上，我国现有机器人研究开发和应用工程单位200中从事机器人研究和用的有75家，共开发生产各类机器人约3000多台，90%以上用于生产，引进机器人做工程的约1000多台。在国内，机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，我国机器人经过20多年的发展已在的道迈开了步伐。近几年，我国应用于制造业的机器人国内研究背我国是从20世纪80年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， 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技大学研制的两足类人机器人，航空航天大学研制的三指灵巧手，华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拥有4000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、等工业选型及首先，我们对区域结构进区域结构中，在各环尺寸的关节转角相同的情况下，当𝛼1=±90°，𝛼2=0180°时，机械臂的工作空间最大。如上图所示。4556相互之间轴向垂直时，机械臂的输出端最灵活。，的有了机械臂的结构后，我们对机械臂的电机和器的位置进行设计。机械臂一个 个自由度，每个自由度都有一个相应的关节，即有6个关节。为了能有效的控制机械臂，电机本来也应放置在关节处，但是考虑到电机本身的重量以及机械臂自身的方案二：两个电机的输出分别通过带轮传动到关方案三：两个电机的输出共轴传动，到关节处再分别传动输出方案一最简单直接，锥齿轮可靠性高，但是也有着明显的缺陷。输出轴需要通过关节4方案二能解决方案一空间不足的问题，但带轮传动可靠性不够高，因此放弃最后，我们根据 机械臂进行了外形的设计，并进行了最终的建模和装配UGJ1关节结构设1关节是大臂的回转关节，该关节的主要任务是完成的横向旋转。在其他关J2关节结构设大底座大分J3J4、J5、J6为此，我们采用了RV—C系列的空心器RV50C。该器与RV-E系列的器的区别在于，其轴的中心为一直径57mm的通孔，可以方便轴通过；器的输入端是通过为了合理地利用RV50-C器中间的通孔进行传动，J5、J6的传动轴做成同心轴，J5利用外径φ35的轴进行传动，J6的器利用φ15的轴进行传动，利用轴承来进行J4、J5、J6电机及其传出部J4、J5在腕关节处传动齿轮的啮合情1.2.61.2.6分器RV50C空心器器图选型型重额定转(/n)最大转(/n功率最大转允许负(10-*21*ＭＳＭＥ１ｋＷ电机都选择有制动器，三洋Ｑ２系列电机都选择不带制器关型所 矩最大功率大额应率最矩速将器(N103=。RV50C的比为器单体比，所选输入齿轮为z=28，整体比为90.65工作参数表最大运行额定速最大允许最大转动最大速以短时大于此值最大允许转矩取值为i(电大矩i，)输矩此i2惯量匹需要将器与负载的惯量折算到电机输出轴1 器，比80，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3、折算至电机轴的总负4、查电机手册所得平稳运行带动最大负载惯量为需要将器与负载的惯量折算到电机输出轴1 器，比80，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3 需要将器与负载的惯量折算到电机输出轴1 器，比80，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3、折算至电机轴的总负 将。查电机手册，已知电机转子惯量为2关节负载折算至关节轴线的惯量为21 器，比90，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3、折算至电机轴的总负4、折算至电机轴的负载惯量/电机轴惯量 查电机手册所得对应转子转动惯量的推荐负载转动惯量比为15倍以下14.68将。查电机手册，已知电机转子惯量为2关节负载折算至关节轴线的惯量为21 器，比104，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3、折算至电机轴的总负4、折算至电机轴的负载惯量/电机轴惯量 查电机手册所得对应转子转动惯量的推荐负载转动惯量比为15倍以下11.02将。查电机手册，已知电机转子惯量为2关节负载折算至关节轴线的惯量为21 器，比56，由于转动惯量很小，忽2、器所带输出负载，转动惯量折算至器输入端(电机轴)的惯量 3、折算至电机轴的总负4、折算至电机轴的负载惯量/电机轴惯量 查电机手册所得对应转子转动惯量的推荐负载转动惯量比为15倍以下14.9最大运行转矩（最大瞬时转矩电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为80Nm（176Nm。比为80，转化80*80=6400Nm14080Nm器额定输出转速为875in20in最大运行转矩为4047N，22050N。所以，取最大运行负载转矩为4047Nm，最大瞬时转矩为14080Nm电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为80Nm（176Nm。比为80，转化80*80=6400Nm14080Nm器额定输出转速为875in20in最大运行转矩为4047N，22050N。所以，取最大运行负载转矩为4047Nm，最大瞬时转矩为14080Nm电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为70Nm（150Nm。比为80，转为器输出端最大运行负载转矩为70*80=5600Nm，最大瞬时转矩为12000Nm器额定输出转速为875/i20in最大运行转矩为281N，15680N。所以，取最大运行负载转矩为2881Nm，最大瞬时转矩为12000Nm电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为3.18Nm（9.55Nm。比为80，转化为器输出端最大运行负载转矩为3.18*90=286Nm，最大瞬时转矩为860Nm。2450Nm。所以，取最大运行负载转矩为286Nm，最大瞬时转矩为860Nm电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为3.18Nm（9.55Nm。比为80，转为器输出端最大运行负载转矩为3.18*104=331Nm，最大瞬时转矩为993Nm2058Nm。所以，取最大运行负载转矩为307Nm，最大瞬时转矩为993Nm电机轴侧最大运行负载转矩（最大瞬时转矩）为3.18Nm（9.55Nm。比为80，转为器输出端最大运行负载转矩为3.18*56=286Nm，最大瞬时转矩为535Nm2058Nm。所以，取最大运行负载转矩为286Nm，最大瞬时转矩为535Nm如图所示机器人，在底座建立基础坐标系，在末端建立工具坐标Z XZZSYYXX各参数如下l1565，l2870，l3170，l41016l5175l1x120l1y150取如上图所示位形为θ=0时的位形，基础坐标系及工具坐标系如图所示θ=0

g

l 5 于是可得各关节旋转方向的单位矢量分w

w20

ww50分别取轴线上的点

q q 1yll1xql

l1 q 1y ql ql 3w

3w由 可得各关节的运动旋量w 故机器人正解的形式为g()eˆeˆeˆeˆeˆeˆ

R( P() 112

3 4 5 66st(0) 1将上述各关节的运动旋量代入即可得到结果，具体结果由算出机器人的运动学逆解需要求解的方程 ˆˆˆˆˆˆ 0 11223344556 ˆˆˆˆˆˆg 11223344556

d ˆˆˆ 11223 1减去第一个关节上的q1 ˆˆ q) 1 223 1 即||eˆeˆqq||||gqq||223 1 转变为求该子问题0,解题思路：对于给定 q,q 0 3 cosr||q,q

3比较(r1与||q1q2||若||r1||||q1q2||，则无解，报错若||r1||||q1q2||，则有解，求解，并进行下一个子问题。 编程，程序2.5.2。第二步：求因为2、3已知， eˆeˆqqgq1即子问题3

223w

1 22 1 有0

||u,||2||v,||22||u,||||v, 式中0=arctan2wTu,v,,u,Tv,T0,2||u,||2||v,||22||u,||||v,||u,uwwTu；v,vwwTueˆeˆq vq w223 第三步：剩下的方程为 gˆˆˆ ˆˆ g44556 3 2 1d ˆˆ 445 2可求得4、5第四步：对于6外一q1eˆqeˆeˆeˆeˆeˆgg16 51

4 3 2 1

d 用子问题1，可求出6Jacob矩2.1图所示机器人及坐标系，通过关节运动螺旋位置和方向的确定，可计算机器人的q0，并沿w,

w,q,

00由, i可计算的相应的关节运动螺旋wi wi

然后依次有

w,ezˆ10，q,q

1yl1

0w,ezˆ1exˆ20，q,q,ezˆ1exˆ20

l1xw,ezˆ1exˆ2exˆ31，q,q,ezˆ1xˆexˆ230

0w,ezˆ1exˆ2exˆ3eyˆ40，q,q,ezˆ1exˆ2exˆ3eyˆ4l w,ezˆ1exˆ2exˆ3eyˆ4exˆ51，q,q, ,1,,,Js3 ,455,6

4计算过于繁杂，由得出，这里就不给出具体表达式了。,1,按定义：Js3,， , ei1i1455,6

ˆ ˆ 可以分别计算下标1到i-1对应的矩阵，将之相乘，进而得出P及R，再根ˆRAdg可计算得到雅可比矩阵。此法同样繁琐，但思路清晰，利容R计算得到结 Toolbox KinematicsToolbox工具箱中ikine.m文件26行“x0=zeros(rnn,size(se3,2))+0.1*rand(3,size(se3,2));”中“rand（3，……的3改为6，即可进行求解）Jacob矩%%%%Kinematics%“x0=zeros(rn.n,size(se3,2))+%by2014.5.20symstl1l2l3l4l5l1xl1yth1th2th3th4th5th6symsdth1dth2dth3dth4dth5dth6link1=createtwist([0;0;1],[0;0;0]); link2=createtwist([-1;0;0],[-l1x,l1y,l1]);link3=createtwist([-1;0;0],[-l1x,l1y,l1+l2]);link4=createtwist([0;1;0],[0;l1y;l1+l2+l3]);link5=createtwist([-1;0;0],[0;l1y+l4;l1+l2+l3]);link6=createtwist([0;1;0],[0;l1y+l4;l1+l2+l3]); te1=twistexp(link1,th1计算旋量对应的指数形式矩阵gstth=te1*te2*te3*te4*te5*te6*gst0;%求出任意时刻位形 %位形gst求导 %gst fori=1:5 计算得到空间雅可比[0,l1*sin(dth1*t),sin(dth1*t)*(l1+-cos(dth1*t)*(l3+l1*cos(t*(dth2+dth3))+l1y*sin(t*(dth2+dth3))+ l4*cos(dth1*t)*sin(dth4*t)+l2*cos(dth2*t)*cos(dth4*t)*sin(dth1*t)- l4*cos(dth1*t)*cos(dth4*t)*sin(dth5*t)-l3*cos(dth1*t)*cos(dth5*t)- l3*cos(dth2*t)*cos(dth3*t)*sin(dth1*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)+l1y*cos(dth1*t)*cos(dth4*t)*sin(dth2*t)*sin(dth3*t)*sin(dth5*t)-l4*cos(dth2*t)*sin(dth1*t)*sin(dth3*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)-l4*cos(dth3*t)*sin(dth1*t)*sin(dth2*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)-l3*sin(dth1*t)*sin(dth2*t)*sin(dth3*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)-l1y*cos(dth1*t)*cos(dth2*t)*cos(dth3*t)*cos(dth4*t)*sin(dth5*t)+l1*cos(dth1*t)*cos(dth2*t)*cos(dth4*t)*sin(dth3*t)*sin(dth5*t)+[0,-l1*cos(dth1*t),-cos(dth1*t)*(l1+-sin(dth1*t)*(l3+l1*cos(t*(dth2+dth3))+l1y*sin(t*(dth2+dth3))+ l1*cos(dth1*t)*cos(dth4*t)-l2*cos(dth1*t)*cos(dth2*t)*cos(dth4*t)- l1*cos(dth2*t)*cos(dth4*t)*sin(dth1*t)*sin(dth3*t)*sin(dth5*t)+l1*cos(dth3*t)*cos(dth4*t)*sin(dth1*t)*sin(dth2*t)*sin(dth5*t)+l4*cos(dth1*t)*cos(dth2*t)*sin(dth3*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)+l4*cos(dth1*t)*cos(dth3*t)*sin(dth2*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)+l3*cos(dth1*t)*sin(dth2*t)*sin(dth3*t)*sin(dth4*t)*sin(dth5*t)+l1y*cos(dth4*t)*sin(dth1*t)*sin(dth2*t)*sin(dth3*t)*sin(dth5*t) [0, l1y+l2*sin(dth2*t),cos(dth4*t)*(l1y+l4*cos(t*(dth2+dth3))+l3*sin(t*(dth2+dth3))++dth3))+[ [0,- - [ --+-+子问题求对子问题的编程求解方法按照2.3中运动学逆解的步骤一中求解思路进行编节，源文件见下%%%%Kinematics%“x0=zeros(rn.n,size(se3,2))+%bysymsth1th2th3th4th5th6link1=createtwist([0;0;1],[0;0;0]); link2=createtwist([-1;0;0],[-l1x,l1y,l1]);link3=createtwist([-1;0;0],[-l1x,l1y,l1+l2]);link4=createtwist([0;1;0],[0;l1y;l1+l2+l3]);link5=createtwist([-1;0;0],[0;l1y+l4;l1+l2+l3]);link6=createtwist([0;1;0],%pose=[eye(3),[0;0;0];000fori=1:length(t)gd=[eye(3),[x(i);y(i);z(i)];0001];%%% iftest==0r1=norm(([0;150;1435]+[100;0cos(th3)-sin(th3);0sin(th3)if轨迹规轨迹规划即对末端位形进末端位形的设定可以利用RoboticsToolboxfor 工具箱中的jtrj以及ctrj函数进行“日逆求解逆解利用工具 KinematicsToolbox形，建立机器人robot模型；第二，将轨迹规划所得路径细分成必要的小段，利用ike函数，给予所求末端位形和for循环中，首先赋予此时刻的位形，然后调用求逆解函数，逆解得到后，plot3函数，以及前面求得的每个时刻的六个关节的笛卡尔坐标（xyz坐标值）绘制图像，通过for循环，利用getframe函数做得仿真动画。生成的角度角速度曲线将在Adams中展示，并与其对比第四，将动画保存，将角位移、角速度数据保存txtAdams驱动函数使用，将角度、角速度曲线保存，供与Adams生成曲线对比。%%%“x0=zeros(rn.n,size(se3,2))+%%by%%旋量轴线Ωlink1=createtwist(w1,q1);link2=createtwist(w2,q2);link3=createtwist(w3,q3);link4=createtwist(w4,q4);link5=createtwist(w5,q5);link6=createtwist(w6,q6);globalDebugLevel;DebugLevel=1;%%%z=l1+l2+l3-%%y=l4+l1y-%末端行走汉字“日%%%%x(16:30)=-%x(46:75)=-%x(91:105)=-%%% theta=[0;0;0;0;0;0存放每次计算的总角度fori=1:length(t) whilemax(th)>=0.16||min(th)<=- if forwhileth(j)>pi||th(j)<=-pith1ifth(j)>piforj=1:6t0;foraxis([-20002000-18002050-500grid % %% %forforj=1:2if

fork=1:6forj=1:2if

%for%%%gridxlabel('时间%%%for%%%grid%%%gridongridon）形成效析。模型信密度:2700材料属属属名称名称 屈服强度 张力强度 载荷和夹网格