六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真研究

"工业机器人-数理统计（第二版）赵选民，徐伟等；北京工业大学硕士学位论文-六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真 马江" 本文涉及的知识点主要涵盖工业机器人和六自由度机械臂控制系统的设计与仿真。 在工业机器人领域，历史发展可以分为四个阶段： 1. 研制阶段：始于20世纪40年代，如美国阿尔贡研究所的遥控机械手和MIT的数控机床，乔治·德沃尔提出的工业机器人概念和样机。 2. 生产定型阶段：Unimation公司的Unimate和机床与铸造公司的Versation成为最早的商业化工业机器人，以示教再现方式在汽车生产线应用。 3. 推广应用阶段：1970年代的国际工业机器人会议推动了其广泛应用，不同坐标系统和结构的机器人出现，如西德Kuka公司的点焊机器人和瑞士RETAB公司的涂漆机器人。 4. 产业化、实用化、商品化阶段：随着微电子技术进步，机器人控制性能提升，成本降低，形成大规模产业，尤其在汽车工业中的广泛应用。 六自由度机械臂控制系统设计与仿真方面： 1. 机械臂结构设计：六自由度链式关节结构，自平衡设计，根据质量估算关节力矩以选择合适的电机。 2. 控制系统：采用基于CAN总线的分布式控制，工控机监控关节控制器，实现运动学和轨迹规划算法。 3. 运动学建模：使用D-H参数法建立数学模型，解析法解耦正运动学，推导逆运动学封闭解析解，并通过Matlab的Robotics Toolbox进行验证和仿真。 4. 轨迹规划：分析关节空间的三次多项式和五次多项式方法，前者计算量小但不保证角加速度连续，后者保证连续性但计算量大。笛卡儿空间中采用空间直线和圆弧插补算法。 5. 三维仿真工具：基于MFC和OpenGL开发，集成运动学和轨迹规划算法，验证数学模型和求解过程，直观比较不同轨迹规划方法的效果。 这些知识点展示了工业机器人技术从概念到实用化的发展历程，以及六自由度机械臂在控制系统设计、运动学建模和轨迹规划方面的具体实践。