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随着工业的快速发展,工业机器人逐渐替代传统的数控设备在各个领域进行机械制造。近年来,我国涌现了一大批机器人中小企业,在国家政策的鼓励下,意在实现自主创造与突破创新。本文基于六关节工业机器人控制系统开发,着重研究了工业机器人的关键的运动控制算法,意在实现从示教采集的六关节数据到机器人末端工具运动轨迹的自主规划,涉及算法包括运动学算法、末端工具速度规划算法、末端工具速度前瞻算法、末端工具运动轨迹插补算法、末端工具姿态规划算法。 针对运动学算法,首先分析了通用机器人的相邻连杆坐标系的变换,采用D-H参数法给出通用型连杆变换矩阵。根据实际研究的六关节工业机器人的机构构建D-H参数表,并根据连杆变换求解运动学正问题。采用几何法和代数法相结合的方法求解运动学的逆问题,并根据实际机器人的D-H参数限制逆问题的解的个数,减少不必要的解的计算过程。通过编程实现运动学算法,并将运算结果与matlab机器人工具箱的结果对比,验证算法的正确性。 针对末端工具速度规划与速度前瞻,提出一种柔性的三次 S型速度曲线,根据实际加工轨迹的长度划分速度曲线类型,主要分为完整的加速-匀速-减速过程与加速-减速过程。采用直线过渡法作为速度前瞻基础,从多个因素对相邻加工轨迹的速度进行预前处理,既大大减少加工时间,提高加工效率,也避免机器频繁启停,提高加工稳定性。通过编程实现速度规划算法,并通过实例仿真分析验证速度规划算法的可行性与速度前瞻算法的优势。 针对末端工具运动轨迹插补算法,根据空间任意不共线的三点推导了由其确定的空间圆弧方程,采用基于时间分割法的插补算法对空间直线和圆弧进行插补。为了消除插补余量造成的速度尖点问题,构建梯形序列并按规整的插补时间进行因子分摊,使得运动过程速度平滑。通过编程实现插补规划算法,分别对空间直线和圆弧插补进行实例仿真,验证算法可行性。 针对末端工具姿态规划,首先分析了姿态描述方法,包括旋转矩阵姿态表示法和Z-Y-X欧拉角表示法。姿态规划采用欧拉角分割,根据已知的插补时间将相邻两个状态的末端工具的欧拉角增量进行分摊,使得整个插补过程姿态连续变化。文中给出了详细的姿态规划流程,并通过编程实现,同时通过仿真实例验证位姿规划的可行性。