六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真研究

"1国外机械臂研究现状-数理统计（第二版）赵选民，徐伟等" 本文探讨了机械臂的研究历史和发展现状，特别是国外的研究趋势。机械臂的起源可以追溯到20世纪40年代，起初是为了处理放射性物质。乔治·德沃尔在1954年结合远程控制器和数控技术发明了第一台通用机械臂，1978年的PUMA机器人标志着工业机器人技术的成熟。第一代工业机器人主要基于“示教-再现”模式工作。 智能机器人是机械臂的进一步发展，它们具备感知、识别和推理能力，能够根据环境变化调整工作。初级智能机器人是第二代，其程序修改原则由人预设。而第三代机器人，即高级智能或自律机器人，能自我学习和总结经验，虽然当前仍处于发展阶段，但随着科技的进步，智能机器人的应用将更加广泛。 国外对机械臂的研究持续深入，涵盖航天、喷涂、焊接、医疗等多个领域。这些应用不仅提高了工作效率，也改变了人们的生活方式。六自由度机械臂因其灵活性在许多任务中表现出色，成为研究的热点。 一篇北京工业大学的硕士学位论文详细阐述了六自由度机械臂的控制系统设计与运动学仿真。论文指出，为了实现工作空间内的任意位姿，至少需要六个自由度。论文提出了机械臂的结构设计方案，选择了合适的电机，并采用CAN总线分布式控制系统。通过D-H参数建立机械臂的数学模型，解析法用于解耦关节角和逆运动学求解，同时仿真验证了这些算法的准确性。 论文还探讨了关节空间和笛卡尔空间中的轨迹规划方法，如三次多项式和五次多项式轨迹规划，以及空间直线和空间圆弧插补算法。最后，基于MFC和OpenGL开发的三维仿真工具被用于验证机械臂的运动学模型和轨迹规划效果，解决了验证困难和实验成本高的问题。 机械臂研究涵盖了机械结构设计、控制系统、运动学建模和轨迹规划等多个方面，这些技术的发展推动了机器人技术的进步，并在多个行业中找到了实际应用。随着技术的不断创新，未来机械臂将在更广泛的领域发挥重要作用。