【摘 要】
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提高木工机床的自动化水平是提高木材加工生产效率的主要方式,作为木工机械使用大国,自主研发出新型木工加工中心实现木材加工的自动化是未来的发展趋势。本文研究了一种操作臂,该操作臂本质上是一种工业机器人,其功能是将其上安装的四头电主轴移动到空间中预期的加工位置并保持一定的姿态。该操作臂具有灵活、适用性广等特点,能满足多种加工需求,可以提高木工数控加工中心的生产能力。本文借助前期已设计完成的操作臂和四头电
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提高木工机床的自动化水平是提高木材加工生产效率的主要方式,作为木工机械使用大国,自主研发出新型木工加工中心实现木材加工的自动化是未来的发展趋势。本文研究了一种操作臂,该操作臂本质上是一种工业机器人,其功能是将其上安装的四头电主轴移动到空间中预期的加工位置并保持一定的姿态。该操作臂具有灵活、适用性广等特点,能满足多种加工需求,可以提高木工数控加工中心的生产能力。本文借助前期已设计完成的操作臂和四头电主轴主要开展了以下研究工作:（1）四头电主轴操作臂的运动学研究。对操作臂进行简化,抽象成一系列的连杆连接成的运动链,建立三维空间中刚体的位置和姿态描述,基于标准D-H参数建模法建立操作臂各个关节的坐标系,利用齐次变换矩阵来表达连杆之间的变换关系,得到正运动学方程。对逆运动学进行了可解性分析,并推导出了逆运动学方程。（2）四头电主轴操作臂运动学仿真验证。基于操作臂的正逆运动学方程利用机器人工具箱中自带的函数功能编写仿真程序,仿真结果验证了正逆运动学方法的正确性。（3）四头电主轴操作臂轨迹规划与仿真。针对常用的轨迹规划算法进行了研究分析,并通过数学仿真软件进行模拟仿真得到预期的仿真轨迹,证明了轨迹规划算法对该操作臂的适用性。（4）四头电主轴的操作臂动力学分析和仿真。利用拉格朗日法对操作臂进行动力学分析,建立了操作臂动力学数学模型,利用仿真软件进行了动力学仿真并根据动力学模型编写了计算程序得到了理论计算结果,和仿真结果进行对比后验证了动力学模型的正确性。总之,本文的研究内容是四头电主轴操作臂位姿控制系统的理论核心,可为后续该操作臂的控制系统软硬件开发和应用奠定重要基础。
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