关键词：机械臂;;非线性控制;;仿真;;运动学;;动力学
摘 要：机器人技术的发展水平是体现一个国家工业自动化程度的重要标志之一,它的发展与应用加快了生产力前进的步伐,给人们的生活带来很大的便捷。目前,国家也把机器人技术的开发与研究作为一项重点科研项目,由此促使了越来越多的科研专家与学者投入到此项研究之中,机器人技术的发展正如朝阳一般蒸蒸日上,蓬勃发展。本文主要对在工业领域中应用最为广泛的机器人的一种类型串联机械臂进行了详细的研究,重点从机械臂的基础理论方面来对机械臂的主要特性进行了分析,利用这些理论对串联机械臂进行了运动学建模和动力学建模。并借助于MATLAB中的Robotics Toolbox机器人工具箱组件对所建串联机械臂仿真模型的运动学方程进行了仿真及验证,还对其在运行空间中进行了轨迹规划的仿真分析,同时,运用蒙特卡洛法在MATLAB环境中对其运行空间进行了数值计算仿真分析,通过仿真可得到机械臂的各种有效特性数据为机械臂的结构设计和控制系统设计提供了重要的理论支持。针对机械的控制系统的设计,采用了PD控制法和PD计算力矩法对串联机械臂进行了控制系统设计的仿真实验,且都得到了有效的控制效果,表明了这些控制策略在串联机械臂控制系统中的应用的可行性。最后,为了更进一步的了解串联机械臂的控制系统设计的效果的有效性,利用计算机虚拟仿真技术,直接利用三维制图软件Solidworks绘制出串联机械臂的三维立体模型图,导入到多体建模仿真软件ADAMS中,再与MATLAB联立共同搭建机械臂的控制系统的仿真实验,并且取得良好的实验效果。由于在虚拟的环境中能够很便捷地实现对机械臂模型系统的修改,且省去了大量的计算推导过程,可有效地缩短机械臂的开发周期,同时节省大量的开发成本,为串联机械臂的研究和开发提供了一条有效途径。
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