摘 要机器人运动系统作为机器人系统中最重要的组成部分之一，其重要性不言而喻，因为它影响着机器人的主要性能，因此为了提高机器人的质量，对机器人进行运动学分析和仿真是不可或缺的。本次毕业设计主要对KUKA机器人的三维仿真进行了一系列的分析，主要是以下几个内容(1)研究了机器人运动学仿真的背景意义及发展趋势。(2)通过对齐次坐标变换理论的研究,说明了KUKA机器人结构及参数,并且建立了相应的D-H参数模型,最后求解方程式得到了正运动学模型和逆运动学的解析解。(3)使用MATLAB中的Robotics Toolbox验证了上述解析解的正确性,并得到了其中可能存在的四种逆运动学的解。(4)在以上基础上,对机器人进行了轨迹规划研究,通过对比机器人关节空间轨迹规划和笛卡尔轨迹规划的特点,分别进行了两种轨迹规划的研究，因此得到了机器人的两种轨迹模型，并分别对其进行仿真，由仿真结果可验证轨迹规划模型的正确性。此外,我们还得到了关节空间轨迹规划的运动学曲线,包括位置、速度和加速度曲线。由仿真结果我们不难得出,通过使用三次样条插值函数法,有利于提高系统的稳定性，使机器人能到达预定位置。同时，它可以帮助进行工业机器人的机械结构设计，并进行运动学性能评价和优化设计，不仅KUKA机器人的研发周期大大减少，所投入的资金也比以往少了不少，更是对机器人的发展具有莫大的帮助。总之通过利用MATLAB平台强大的计算能力我们可以实时计算得到机器人的正逆运动学和轨迹规划结果,实现了仿真平台的实时性[1]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状及发展趋势 2
1.3 本文研究基本内容及方向 3
第二章 KUKA机器人运动学分析 4
2.1 DH参数法 4
2.2 KUKA机器人参数 4
2.3 连杆坐标系之间的坐标变换 5
2.4 正运动学方程 6
2.5 逆运动学求解 7
第三章 KUKA机器人的建模与仿真 13
3.1软件介绍 13
3.2仿真过程 13
3.3 构建机器人仿真模型 14
3.4 KUKA机器人正逆运动学仿真 15 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 

3.4.1就绪状态下 15
3.4.2 标准状态 16
3.4.3 伸展状态 17
3.4.4 零角度 18
第四章 KUKA机器人轨迹规划 21
4.1关节空间轨迹规划 21
4.2笛卡尔空间规划 23
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
伴随着高新科技技术的不断发展，机器人作为人类二十世纪最伟大的科学产品之一，对促进我国社会发展起着无比重要的作用。机器人这个名次虽然出现的较晚，但这一概念一直存在于先辈们的想象之中，且一直为之付诸实践。西周时期，能人偃师就制作出了能歌善舞的伶人，这也是我国记载的最早机器人出现的时间。而到了春秋后期，巧匠鲁班则发明了一只木鸟，能在空中飞三日而不落，这无不彰显了我国古代劳动人民的智慧。1942年，美国科幻学家诶萨克.阿西莫夫在他的科幻小说中提出了”机器人三定律”，而这一原则也一直是学术界默认的研发原则[2]。机器人由于其速度快、效率高、稳定性好、超强的疲劳极限的优势，使得它备受人们青睐。机器人的应用领域涵盖面非常广，主要应用在工业，军事，航空航天，深海研究，医学领域等高科技领域层面居多，当然机器人也并非离我们的日常生活遥不可及，在我们周围也随处可见它们的身影。他们都各自有各自的特点及自身优势功能。譬如世界先进的军事机器人现在能够替代人类进行太空或者是深海试验等；家庭服务性机器人能够帮助人类进行一些家务工作的处理，甚至能陪人类进行一些简单的娱乐活动。总得来说，现如今机器人的发展可用两个大方面概括：首先横向，像手术、水果采摘、修剪、隧道检测、扫雷、以及空间机器人、潜水机器人等，机器人的应用不像以前只局限于工业领域，现在是不受限制的，只有你想不到没有它做不到；其次在纵向上，将有更多种类的机器人，医学上，将会有微型机器人帮助人们检查或者是清除身体内的一些有害的东西，这已成为了一个新的方向[3]。
KUKA机器人一般则是由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成[4]。操作者通过控制控制盘，使得机器人能够按照设定的程序进行目标操作，在此过程中，操作者无需再去监督，它能够自动运行，直到任务目标结束。并且由于其本身作业效率高，工作稳定，高极限疲劳性等特点，其在搬运、装载、堆垛、等行业,也是非常受欢迎的。伴随着技术的革新，KUKA机器人也正向着更高智能的方向大步前进。
正因为机器人在人类生活中有十分广阔的应用前景，比如机器人可以代替我们人类在更加恶劣和危险的环境中作业，因而加紧更高性能机器人的研究无疑是非常重要的。但在现实生活中，由于机器人的研发时间久，投入人力物力也很多，如果发生机器人的尺寸、结构的变化，则会显的非常不方便，那么机器人仿真系统就是为了防止这一情况而被研发出来。总的来说，机器人仿真技术是把计算机作为主体，结合机器人运动学技术与计算机技术，在计算机软件内建立机器人在实际生活中的模型，并对其系统进行仿真的一项综合技术[5]。近年来，随着计算机软硬件的不断发展，大量的机器人三维仿真系统的计算应运而生。
当今的机器人仿真技术围绕研究的主要方向首先是对机器人自身和其运动学分析，其具体包括机器人的机械、传动结构，和相关的正逆运动学分析及最后通过仿真得到的轨迹规划图等[5]，相关科研部门和高等院府把机器人仿真系统作为进行他们研究的一种不可或缺工具。其次它的另一个研究方向是以机器人作为主体的自动化生产线，其具体内容则是通过设置机器人的工作地点和内容，使得机器人能够代替人力进行更高效有用的劳动。机器人仿真技术既经济又安全，最受那些利用机器人进行作业生产的人的青睐。现在，ROBCAD和MATLAB是生活中最常见的机器人仿真系统[7]。
通过应用机器人仿真技术，在研发一种新品种机器人时，通过对该机器人进行仿真实验，那我们就能很轻易的观察到机器人设计上的一些不足之处，从而能够尽量避免之后机器人生产作业时的安全事故。例如，设计进行一个机器人的步行运动的规划，如果不进行模拟试验，而直接让机器人行走，可能会导致损失由于机器人抬起脚而导致的重心不稳定。通过利用机器人仿真系统,人们可以在计算机的虚拟环境中模拟机器人的动力学,看其是否安全可靠稳定，再决定是否将其应用到现实中的机器人上。这样不仅提高了生产效率而且还避免了不必要的损失，进而节约了生产成本。
1.2 国内外发展现状及发展趋势
机器人仿真技术最早诞生于上世纪七十年代，西德的Warnecke和其合伙人联手研发了第一款机器人图形仿真程序包，这也是标志着人类开始更高效的制造机器人[8]。之后美国一所知名大学也开发了一个通用的机器人图形仿真系统INEFFABELLE，它能够更加简单的模拟出所设立机器人模型和虚拟环境，并附带着机器人运动的动图。而后美国斯坦福大学也开发了一个机器人仿真分析工系统DYNAMAN，其相比较之前的软件，最大的优势在于能够自动产生仿真程序，并且能够以最少的时间进行最优的轨迹规划，并且真实性也比之前的软件更高。

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