目环境下工业机器人运动控制和联合仿真指导教师评语指导教师签章评阅人评语评阅人签章成绩答辩委员会主任签章年月西南交通大学本科毕业设计论文第页毕业设计论文任务书班级机械班学生姓名学号发题日期年月日完成日期年月日题目环境下工业机器人运动控制和联合仿真本论文的目的意义在制造系统中，工业机器人扮演着重要的角色，从加工制造装配，配送等过程环节，工业机器人因其自身的灵活性应用越来越广泛，它已经成为当代工业自动化三大领域之，它的水平高低和应用程度反应出了个国家工业水平的高低。本项目通过对工业机器人运动学系统模型建立与仿真，研究工业机器人在使用中的运动学分析以及基本的控制方法，并通过实现对工业机器人实际运动的研究和仿真，将控制响应过程通过环境实现视景仿真。学生应完成的任务源程序及相应的文档，实现如下功能工业机器人运动学模型建立与仿真，动力学模型建立与仿真，通过控制模型输出的数据实现视景仿真等。翻译课题相关外文资料。毕业论文说明书。论文各部分内容及时间分配共周第部分实习调研收集资料周第二部分方案选择总体设计软件熟悉周第三部分系统建模编程周第四部分联合仿真测试及文档的编写周第五部分编写毕业论文说明书周评阅及答辩周指导教师年月日审批人年月日西南交通大学本科毕业设计论文第页摘要虚拟样机技术就是在建造第台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。软件是目前国际上应用最为广泛的虚拟样机分析软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学运动学和动力学分析。但针对复杂的机器人机械系统，要想准确的控制其运动，仅依靠软件自身也很难做到软是公司开发的种集计算图形可视化和编辑功能于体的优秀数学应用软件，具有强大的计算能力，能够建立复杂的控制模型准确控制复杂机器人系统的运动开放式图形库全称是公司开发的底层三维图形，目前在图形开发领域已成为工业标准。使用可以创建视觉质量接近射线跟踪程序的精致漂亮的图形。已经成为集编辑编译。运行调试为体的功能强大的集成编程环境，在编程中占有重要地位。和有紧密接口，利用二者可以开发出优秀的视镜仿真系统。和由于定位不同，都有各自的优势和缺点，但是三者之间又可以通过接口联合控制或者混合编程。本文分别利用对三自由度机器人的运动学和轨迹优化方案进行研究，利用和从里导出的控制模型的数据对三自由度机器人进行了视景仿真的研究。论文首先通过建立坐标系和矩阵变换，对刚体的空间表示进行了阐述，然后采用通用的法则，将机器人关节角度参数化，推导出其正运动学方程和逆运动关节角，并计算出机器人手部的初始坐标。其次采用软件，详细介绍了机器人三维建模过程，包括整体框架构建，单个构件绘图和布尔运算等，并对机器人关节点进行了参数化设计。最后从机器人轨迹规划的基本原理和方法出发，比较分析了关节空间轨迹规划和直角坐标空间轨迹规划的差别，并采用三次多项式和五次多项式对机器人进行了轨迹规划，利用软件中内嵌的函数对运动轨迹进行了仿真分析。然后在的系统环境下，以为开发工具，建立了三自由度机械手视景仿真系统模型，实现了仿真系统对控制模型导出数据的读取和利用。关键词运动学轨迹规划虚拟样机技术视景仿真纹理映射西南交通大学本科毕业设计论文第页西南交通大学本科毕业设计论文第页西南交通大学本科毕业设计论文第页第章绪论工业机器人的发展现状虚拟样机技术简介虚拟样机的定义和特点研究现状和发展趋势本文要研究的主要内容第二章机器人运动学空间点和坐标系的表示空间点的向量表示坐标系在固定参考坐标系中的表示坐标系的变换齐次变换坐标系相对于旋转坐标系的变换变换矩阵的逆机器人的正逆运动学正运动学的表示法逆运动学方程的求解微分运动第三章基于的机器人的虚拟样机分析概述中机器人模型的建立设置建模环境机器人实体建模机器人模型的设置轨迹规划仿真分析轨迹规划方法的理论分析轨迹规划仿真分析第四章基于模型的视景仿真系统的设计与实现西南交通大学本科毕业设计论文第页概述工作方式绘制过程机器人三维可视化框架建立利用建立单文档应用程序框架设置绘图环境机械手三维模型的建立导入机械手模型在中建立机械手的模型建立仿真场景纹理贴图的实现设置光照基于模型的视景仿真的实现数据的读取利用读取的数据控制机械手的运动实现观察视角的交互式键盘控制结论致谢附录参考文献实习报告西南交通大学本科毕业设计论文第页第章绪论工业机器人的发展现状年，美国的和公司联合制造了第台实用的示教再现型工业机器人，迄今为止，世界上对工业机器人的研究已经经历了四十余年的历程，日本美国法国德国的机器人产业已日趋成熟和完善。工业机器人由操作机机械本体控制器伺服驱动系统和检测传感装置构成，是种仿人操作自动控制可重复编程能在三维空间完成各种作业的机电体化自动化生产设备。特别适合于多品种变批量的柔性生产。它对稳定提高产品质量，提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机网络技术样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造冲压压铸锻造等机械加工焊接热处理表面涂覆上下料装配检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。如，年德国汽车制造业中每万名工人中拥有工业机器人的数量为台。在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了批具有影响力的著名的工业机器人公司，它们包括瑞典的，日本的，德国的，美国的意大利，英国的公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。在我国，工业机器人的真正使用到现在已经接近多年了，已经基本实现了试验引进到自主开发的转变，促进了我国制造业勘探业等行业的发展。年全年国产工业机器人数量主要指在国内生产和组装的突破台，产值突破亿元人民币。进口机器人数量超过台，进口额达到亿美元。国内各个工业机器人厂家都呈现出产销两旺的局面。截至年底，我国工业机器人市场已经突破亿元人民币。现阶段，我国工业机器人正逐步发展成为种有影响力的产业。虚拟样机技术简介西南交通大学本科毕业设计论文第页虚拟样机的定义和特点虚拟样机技术就是在建造第台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。该技术以机械系统运动学动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术集成在起，提供个全新研发机械产品的设计方法。它是种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观空间关系以及运动学和动力学的特性。借助于这项技术，设计师可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精化和优化系统。虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对产品进行几何功能制造等许多方面交互的建模与分析。它在模型的基础上，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了个全新的设计方法。它具有以下特点全新的研发模式虚拟样机技术实现了系统性的产品优化，使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析比较多种设计方案，确定影响性能的敏感参数，并通过可视化技术设计产品预测产品在真实工况下的特征，从而获得最优工作性能。研发成本低周期短产品质量高通过计算机技术建立产品的数字化模型，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验，不但减少了物理样机的数量，降低了成本，而且缩短了研发周期提高了产品质量。实现了动态联盟广泛地采用动态联盟，通过共享和交流，临时缔结成的种虚拟企业，适应了快速变化的全球市场，克服单个企业资源的局限性。研究现状和发展趋势虚拟样机技术在些较发达国家，如美国德国日本等已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造业工程机械航空航天业到医学以及工程咨询等很多方面。美国航空航天局的喷气推进实验室研制的火星探测器探路号，就是工程师利用虚拟样机技术仿真研究研发的。美国波音飞机公司的波音飞机是世界上首架以无图方式研发及制造的飞机，其设计装配性能评价及分析就是采用了虚拟样机技术，不但缩短了研发周期降低了研发成本，而且确保了最终产品次接装成功。我国从九五期间开始跟踪和研究虚拟样机的相关技术，主要研究集中在虚西南交通大学本科毕业设计论文第页拟样机的概念系统结构以及相关的支撑技术，应用多集中在些高精尖领域。近年来，才尝试着将虚拟样机技术用于般机械的开发研制。天津大学与河北工业大学采用虚拟样机技术