关键词：六轴机械臂;;运动捕捉;;人体手臂;;轨迹模拟;;动作模仿
摘 要：智能工厂是智能制造的精髓,对于智能工厂的实现,工业机器人无疑是最好的助手。在过去的几十年中,随着工业现场的个性化和定制要求的多样化,传统工业机器人正面临着新的挑战,他们体型庞大,只能在一些结构化的环境中工作,很容易对工人人身造成威胁,而且需要根据不同任务重新进行繁琐的编程。因此,在这个大规模定制及智能时代,需要通过拟人化运动来改善互动,使得工业机器人掌握感知能力、学习能力以及与人协作能力等多种新技能。为了实现这一目标,本文研究一种人体手臂多关节建模及分析方法,利用工业机械臂模仿人手臂动作,实现对人手臂示教动作的复现,从而使机械臂能按照人臂示教动作到达指定位置,以此作为机械臂末端进行精细操作的基础。与传统工业机器人工作方式相比,本文方法不需要针对不同的任务重新编写程序,大大降低开发周期和难度,使得机械臂具有模仿学习能力、人机协作能力,为机械臂在更多领域灵活、便捷地使用奠定基础。本文主要研究内容如下:通过对运动捕捉系统、机械臂系统等的分析研究,搭建了运动捕捉系统结合六轴机械臂的动作模仿平台;在进行人手臂动作模仿研究之前,先对机械臂运动学求解进行初探,使用D-H坐标系建立机械臂运动学参数,运用代数解法求解机械臂运动学方程,并在此基础上进行仿真实验验证,进而结合运动捕捉系统,建立运动捕捉系统下人臂末端运动与机械臂末端执行器运动的映射关系,通过仿真实验证明运动捕捉系统与机械臂结合的可行性以及机械臂模拟人手臂末端运动轨迹的正确性;最后在前面已研究的基础上,为弥补模拟过程只能实现位置模拟的不足,分析人手臂与六轴机械臂结构的共同点和不同点,建立机械臂与人手臂的映射关系模型,通过模型求解机械臂与人手臂对应关节的6个关节角度,通过数据通信实时控制机械臂,实现机械臂对人臂示教动作的模仿。综上,本文通过理论分析和实践,完成模仿平台的搭建和系统的开发,并实现了人臂末端运动轨迹模拟和人臂示教动作的模仿,达到了课题研究的预期目标。
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