关节式工业机器人仿真及上位机控制软件研究

工业机器人是集机械和电子技术于一体的高技术产品，是一种最为典型的 机电一体化设备。随着机械、电子、控制、传感器等多学科先进技术的不断进 步，其应用范围越发广泛。尤其是近年来，工业机器人技术的不断进步对社会 生产和发展起着更为突出的推动作用。在此背景下，工业机器人技术的研究就 显得越来越重要。 本文在分析 Cincinnati 机器人本体结构的基础上，用 D-H 参数法建立了该 机器人的运动学模型，推导了其运动学正逆问题算法公式。在 MATLAB 环境 下，仿真绘制了该关节式机器人的工作空间，验证了该机器人运动学模型的正 确性。分析了关节空间下机器人轨迹规划的算法，并以此为理论指导规划该机 器人的轨迹，进行了关节空间下的轨迹规划仿真，比较了几种规划方法的优劣。 在 Pro/E 环境下，建立了该机器人的三维实体模型，并应用虚拟样机技术， 将该实体模型转换成为该机器人的虚拟样机模型。从运动学层面对该虚拟样机 模型进行了仿真分析，验证了其正确性。从动力学层面讨论了该机器人虚拟样 机操作臂的动力学性能，得到了可视化的参数曲线，为该机器人的运动提供了 动力学理论指导。 在 OpenGL 和 Visual C++环境下，开发了一套上位机控制软件，主要实现 了两种功能，第一，能够在 PC 机上模拟该机器人的关节运动，直观的显示出 该机器人的技术参数；第二，实现了对本已由于各种原因不能动作的 Cincinnati 机器人的关节运动控制，从 PC 机向下位机发送数据，即可控制该机器人腰、 肩和肘关节的运动。 在实际工况下，利用本文开发的控制软件进行实验，检测了该机器人的关 节运动，验证了该控制软件的正确性，并通过软件测试验证了该软件的开放性 和其良好的可扩展性，达到了课题的研究目的。