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随着中国制造2025新一轮制造革命的到来,用于工业制造的机器人无论在智能化还是信息化程度上,都有很大的突破。这成就于研究者对与机器人相关的理论的不断研究,同时,对理论的研究也有助于改进机械结构,优化控制算法。其中运动学、动力学、轨迹规划和控制理论的是机器人运动控制的研究基础。本文设计出一款五轴喷涂机器人,并以此为研究对象,对其结构和运动进行分析,建立机器人的ADAMS动力学模型,并联合MATLAB对其完成预定轨迹规划仿真,设计机器人的电气与控制系统并搭建硬件实验平台,完成预定轨迹的运动控制。主要研究工作包括:(1)确定机器人构型和自由度,完成机器人的结构设计,具体包括:各关节的设计以及材料的选择、传动方案的确定和电机选型。并利用SolidWorks软件对机器人进行三维建模,绘制机器人结构原理图。(2)深入研究机器人运动的相关理论,根据机器人的结构原理图,按照D-H参数法所规定的运动学建模的原则,建立了机器人的连杆坐标系,并确定连杆参数,建立了机器人的数学模型。同时对机器人的正逆运动学方程进行了详细的推导,确立了由机器人关节角度求解末端执行器位姿以及由末端执行器位姿求解各个关节值的方法,为机器人的运动仿真和物理样机控制提供了理论基础。(3)研究三次多项式插补法、五次多项式插补法、直线插补法和圆弧插补法等轨迹规划方法,并在笛卡尔坐标系中对任务轨迹进行了规划,完成了具有代表性的圆形和“回”字形轨迹的规划工作。(4)建立机器人的ADAMS动力学模型,并对机器人的设计参数及缺陷进行分析,为下一代机器人的研制提供理论支撑。提出一种基于预定运动驱动的关节力矩测量方法,测量并分析机器人在给定运动情况下各关节所需驱动力矩的大小,分析机器人各关节电机选型是否合理。联合MATLAB和ADAMS软件对笛卡尔空间的任务轨迹规划方案进行仿真分析,绘制出末端的轨迹曲线,测量并分析机器人在运动过程中各关节的运动数据,验证了机械结构的合理性以及轨迹规划算法的有效性。(5)设计机器人的电气与控制系统,对系统中的控制模块、检测模块、电源模块、串口通信模块等进行选型,搭建硬件实验平台。设计基于Arduino控制器的运动控制方案,编写底层运动控制代码,完成运动控制程序调试及实验,实验验证了机器人能够完成预定运动轨迹及运动速度的控制,达到了预期的设计与运动控制目的。