六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析及優(yōu)化.doc

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本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題目（中文） 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析及優(yōu)化 （英文） Motionanalysis and optimization of 6-DOF robot 學(xué) 院 信息與機(jī)電工程學(xué)院 院 年級(jí)專業(yè) 2013級(jí)汽車服務(wù)工程（中德） ） 學(xué)生姓名 吳子璇 正 學(xué) 號(hào) 130154494 7 指導(dǎo)教師 安康 安 完 成 日 期 2017 年 3 月 摘要 當(dāng)今世界，工業(yè)化日趨成熟，機(jī)器人被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，最常用到的有四自由度，六自由度機(jī)器人。其中，自動(dòng)化水平較高的汽車制造業(yè)和電子裝配業(yè)經(jīng)常常常要使用到六自由度機(jī)器人。因此對(duì)其實(shí)施運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，是進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是降低機(jī)器人生產(chǎn)成本，優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的前提。此外，運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程有效的模擬了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況，有助于提供有效可行的優(yōu)化方案。 本文主要探討六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析，基于經(jīng)典運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的研究方法概念，首先通過(guò)solidworks做出機(jī)械臂各部分零件的三維圖，然后通過(guò)SolidWorks裝配出六自由度機(jī)器人機(jī)械臂的三維模型。 通過(guò)該模型，選取其中一個(gè)關(guān)節(jié)和底座，并用SolidWorks進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，對(duì)六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 最后得到六自由度機(jī)器人的其中一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)例。通過(guò)對(duì)該運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)例的分析，得出最佳優(yōu)化方案，優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡提高機(jī)器人的工作效率，降低機(jī)器人生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：六自由度機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)分析；運(yùn)動(dòng)學(xué)；動(dòng)力學(xué)； 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題背景及研究的目的和意義 1 1.2機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望--------------------------1 2 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 1 2.1六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)-------------------------------------1 2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析----------------------------------------------1 3 六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 3 3.1綜述----------------------------------------------------3 3.2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究方法------------------------------------3 3.2.1幾項(xiàng)假設(shè)-------------------------------------------3 3.2.2目標(biāo)-----------------------------------------------4 3.2.3數(shù)學(xué)工具-------------------------------------------5 3.3動(dòng)力學(xué)原理----------------------------------------------3 3.3.1動(dòng)量矩定理---------------------------------------------------------------6 3.3.2能量守恒定理--------------------------------------6 3.3.3牛頓—?dú)W拉方程------------------------------------7 3.3.4達(dá)朗貝爾原理--------------------------------------8 3.3.5拉格朗日方程--------------------------------------9 4 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析 3 4.1運(yùn)動(dòng)分析的軟件背景---------------------------------------3 4.2運(yùn)用solidworks建立六度機(jī)器人機(jī)械臂三維模型--------------9 4.3運(yùn)用Solidworks對(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析-------------------------4 5 結(jié)論 4 參考文獻(xiàn) 5 1 緒論 1.1 課題背景及研究的目的和意義 新世紀(jì)以來(lái)，在越來(lái)越多的對(duì)于自動(dòng)化，機(jī)械化要求較高的領(lǐng)域都需要用到機(jī)器人。其中，又以四自由度和六自由度機(jī)器人的用途最為廣泛。機(jī)器人的研究發(fā)展涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是帶動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。綜合看來(lái)，機(jī)器人的時(shí)代很快就要來(lái)臨，機(jī)器人革命很有可能成為第三次工業(yè)革命。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，該產(chǎn)業(yè)被大量投入到汽車制造和電子裝配等產(chǎn)業(yè)。通過(guò)國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)估計(jì)來(lái)看，截止到2020年，全球用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人產(chǎn)量很有可能高達(dá)150萬(wàn)。中國(guó)的現(xiàn)代化進(jìn)展迅猛，在中國(guó)發(fā)展的大力推動(dòng)下，中國(guó)乃至亞洲即將成為一個(gè)極具發(fā)展活力的龐大的機(jī)器人市場(chǎng)。 動(dòng)力學(xué)是在機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程中必不可少的一個(gè)重要考慮因素，本文通過(guò)SolidWorks對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行三維建模，進(jìn)而通過(guò)SolidWorks Motion做運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，據(jù)此來(lái)分析機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，這是后續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制、及優(yōu)化設(shè)計(jì)有效的數(shù)據(jù)支撐，能夠有效規(guī)避產(chǎn)品研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)的情況。 1.2機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及前景 我國(guó)在機(jī)器人方面的探究工作起步較晚于日本及歐美國(guó)家，我國(guó)的機(jī)器人研究起步于1980年前后。由于機(jī)器人科技的研究與發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義，因此從那時(shí)起，我國(guó)就將機(jī)器人的研究應(yīng)用作為重要研究對(duì)象。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不懈努力，我國(guó)已有多所高校和研究院都能夠獨(dú)立對(duì)機(jī)器人進(jìn)行研究和研發(fā)。高校和研究院由于掌握著豐富的教育科技資源，是非常好的機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持，早期的機(jī)器人研究項(xiàng)目很大一部分依賴于借鑒國(guó)際上先進(jìn)的機(jī)器人研究技術(shù)，到現(xiàn)在為止，我國(guó)在機(jī)器人上的研究已經(jīng)頗有建樹。較為值得一提的研究成果如下：無(wú)纜深潛機(jī)器人,遙控移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人,2000年國(guó)防科技大學(xué)研制的兩足類人機(jī)器人,北京航空航天大學(xué)開發(fā)出的三指靈巧手等。 然而，盡管近年來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)若破竹，我國(guó)的機(jī)器人行業(yè)存在著自主研發(fā)能力孱弱，政府補(bǔ)貼不夠完善，由于盲目投資導(dǎo)致的低端產(chǎn)能過(guò)剩的情況。雖然存在這些不足，我國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)還是很具發(fā)展?jié)摿Φ?。另一方面，我?guó)機(jī)器人行業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)也是時(shí)代發(fā)展的需求。在發(fā)展中國(guó)家中，我國(guó)是最具活力潛力的大國(guó)經(jīng)濟(jì)體，盡管我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高速增長(zhǎng)時(shí)期，但是我國(guó)和日本一樣正邁入一個(gè)老齡化社會(huì)，勞動(dòng)力正日益減少，因此我國(guó)迫切需要加大對(duì)機(jī)器人的研究力度。 我國(guó)機(jī)器人行業(yè)有以下幾個(gè)顯著特征： 第一，機(jī)器人技術(shù)對(duì)于我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變尤為重要，政府應(yīng)該加大對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)器人在政策與經(jīng)濟(jì)上的扶持力度，積極借鑒海外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，全力擴(kuò)大創(chuàng)新與技術(shù)投入。 第二，國(guó)家的科技發(fā)展總方針中，鼓勵(lì)創(chuàng)新型的機(jī)器人項(xiàng)目，調(diào)動(dòng)創(chuàng)造積極性。應(yīng)大力支持機(jī)器人研發(fā)與機(jī)器人應(yīng)用，以此協(xié)調(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)及自動(dòng)化。 第三，一些國(guó)內(nèi)制造的機(jī)器人其技術(shù)水平已經(jīng)能夠和國(guó)外分庭抗禮，企業(yè)采購(gòu)時(shí)應(yīng)綜合考慮，不能盲目買國(guó)外的機(jī)器人。 現(xiàn)在，我國(guó)各行各業(yè)對(duì)“用機(jī)器人代替人工作”的呼聲越來(lái)越高。我相信，只要國(guó)家高度重視機(jī)器人業(yè)的發(fā)展，改變機(jī)器人生產(chǎn)的基本架構(gòu)，將重心放在機(jī)器人技術(shù)的自主研發(fā)上，充分利用高校，研究院，企業(yè)等前端研究平臺(tái)，加快機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新建設(shè)，一定可以破解機(jī)器人行業(yè)共性的難題，作為代表時(shí)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最前端的機(jī)器人發(fā)展前景甚是喜人。 到目前為止，我國(guó)已經(jīng)擁有超過(guò)4000臺(tái)成熟的機(jī)器人，這些機(jī)器人主要被用于一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的地區(qū)，國(guó)際范圍內(nèi)的機(jī)器人大概有83萬(wàn)，往往是位于歐美，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。在對(duì)其研發(fā)方面，我國(guó)目前到達(dá)的技術(shù)水平尚不能與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平持平。 美國(guó)是世界上首個(gè)成功研究出機(jī)器人的國(guó)家。美國(guó)能夠躋身機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之列并非浪得虛名。美國(guó)在機(jī)器人方面不僅起步早，而且其原有技術(shù)研發(fā)，創(chuàng)新實(shí)力雄厚，各方面技術(shù)水平在全世界都堪稱第一。 日本對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)比美國(guó)稍晚約五年左右，但是日本本國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，很快就躋身世界機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之列，從一個(gè)機(jī)器人弱國(guó)搖身變?yōu)椤肮I(yè)機(jī)器人王國(guó)”。日本的工業(yè)機(jī)器人各個(gè)方面如生產(chǎn)、出口和使用上的發(fā)展在世界上都遙遙領(lǐng)先。不僅如此，日本的工業(yè)機(jī)器人保有量長(zhǎng)期以來(lái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它國(guó)家。 相比之下，歐美各國(guó)的機(jī)器人保有量雖然增長(zhǎng)趨勢(shì)較為緩慢但一直亦呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，近年來(lái)才慢慢開始有了較大的增長(zhǎng)。 德國(guó)是除日本和美國(guó)之外的第三大工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)國(guó)，其掌握著對(duì)智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用最核心也最為先進(jìn)的技術(shù)。 最常見的機(jī)器人有六自由度以及四自由度機(jī)器人。按照ISO對(duì)其的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種有著較多功用的、能夠反復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)(Manipulator)，有著超過(guò)3個(gè)以上編程的軸，使用于工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中。為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，機(jī)器人最后一個(gè)軸的接口，往往為一個(gè)連接法蘭，能夠裝置不同的器械。 對(duì)機(jī)器人的定義是:“一種自動(dòng)定位控制、能夠反復(fù)進(jìn)行編程的、多功用以及多自由度的機(jī)器。可以通過(guò)一定的設(shè)計(jì)去完成各種作業(yè)。” 而目前六自由度機(jī)器人被廣泛地用于各行各業(yè)，且隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，日新月異下對(duì)六自由度機(jī)器人提出更多的新的需求和要求。因此，對(duì)六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究具有非常重要的意義。 2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2.1六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 相對(duì)于四自由度機(jī)器人，六自由度機(jī)器人具有六個(gè)自由度。六自由度機(jī)器人的機(jī)械臂具有底座，轉(zhuǎn)臺(tái)，大臂、肩部、小臂、手腕、末端執(zhí)行器七個(gè)部分。六自由度機(jī)器人的六個(gè)自由度為：轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、小臂回轉(zhuǎn)、手腕俯仰以及手腕回轉(zhuǎn)。詳見圖1.1。 圖1.1 機(jī)械臂的六個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是有一定的局限的，如圖1.2 圖1.2 2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究主要包括兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)方面是正運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，另一個(gè)方面是逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題。正運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，我們把關(guān)節(jié)變量當(dāng)做是已知變量，通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來(lái)確定機(jī)器人機(jī)械臂的位姿。然后通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，計(jì)算求得每一關(guān)節(jié)變量的值。使用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)法找到運(yùn)動(dòng)方程的逆，該方程中沒(méi)有己知變量，所以不能使用將已知量代入正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解的方法。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)通過(guò)求得的運(yùn)動(dòng)方程的逆，進(jìn)一步求得我們要算的那個(gè)關(guān)節(jié)變量，這樣機(jī)器人才能處于我們想要得到的位姿。 實(shí)踐表明，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析更加重要，機(jī)器人內(nèi)部有控制器，控制器計(jì)算關(guān)節(jié)值時(shí)需要用到這些方程，并以此來(lái)運(yùn)行機(jī)器人，這樣機(jī)器人就能到達(dá)期望的位姿。 六自由度機(jī)器人的位置逆解問(wèn)題是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)難題也是非常熱門的一個(gè)問(wèn)題。逆解方程中得到的輸出方程在理論研究方面意義重大。實(shí)際應(yīng)用方面，逆解方程也是機(jī)器人軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)分析的基本條件。 3 六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 3.1綜述 若要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，就需要一個(gè)媒介來(lái)清楚地表示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。三維空間物體的運(yùn)動(dòng)軌跡怎樣才能直觀地表示出來(lái)呢，三維空間的點(diǎn)線面應(yīng)該用什么媒介才能表達(dá)清楚呢，答案是矩陣。空間坐標(biāo)系能夠使用這個(gè)坐標(biāo)系相對(duì)參考坐標(biāo)系的三個(gè)方向向量以及一個(gè)位置向量進(jìn)行表示。在空間坐標(biāo)系也就是所謂的笛卡爾坐標(biāo)系中，剛體的所處位置能夠使用三個(gè)方向向量以及一個(gè)位置向量的空間坐標(biāo)系來(lái)表示。 3.2機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究方法： 3.2.1幾項(xiàng)假設(shè) 1、機(jī)器人的所有零部件都被視作剛體，不考慮其彈性形變。 2、間隙等因數(shù)不在考慮范圍內(nèi)。 3、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不屬于考慮因素。 3.2.2目標(biāo) 通過(guò)對(duì)六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、以動(dòng)力學(xué)原理為指導(dǎo)理論，由此快速建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 3.2.3數(shù)學(xué)工具 矢量方法、慣性矩陣及矩陣方法等。 3.3力學(xué)原理 力學(xué)原理分為：動(dòng)量矩定理、能量守恒定理、牛頓－歐拉方程、達(dá)朗貝爾原理、拉格朗日方程、哈密爾頓原理、凱恩方程等。 3.3.1動(dòng)量矩定理 積分形式的動(dòng)能定理 假定參考系為質(zhì)點(diǎn)系，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量記為mi，該質(zhì)點(diǎn)受到的外力求和記為和內(nèi)力求和記為共同施加的力的作用，記加速度為，做曲線運(yùn)動(dòng)在某點(diǎn)瞬時(shí)的速度為 式中dAi（e）和dAi（i）分別為質(zhì)點(diǎn)i上外力和內(nèi)力的元功。 T2-T1=∑dAi（e）+∑dAi（t）（1） 式中T1，為質(zhì)點(diǎn)系的做工初始動(dòng)能；T2為質(zhì)點(diǎn)系做功終了動(dòng)能。 式（1）是質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理的積分形式，該式的含義是:質(zhì)點(diǎn)系總動(dòng)能的變化量等于它所受內(nèi)外力做功總和。 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理的微分形式： 將式（1）兩邊除以dt，得： （2） 式中為外力的功率；為內(nèi)力的功率。 式（2）是質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理的微分形式，它表明；質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)能單位時(shí)間內(nèi)的變化等于質(zhì)點(diǎn)系所受外力合理單位時(shí)間內(nèi)做功和。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的定義，質(zhì)點(diǎn)也屬于質(zhì)點(diǎn)系的一種，對(duì)質(zhì)點(diǎn)分析時(shí)，該定理同樣適用。有趣的是，質(zhì)點(diǎn)和剛體，內(nèi)力所做功的總和始終為零，質(zhì)點(diǎn)的定義決定其不受內(nèi)力作用，而剛體始終受一對(duì)等價(jià)力的作用，因此，他們內(nèi)力所做的功始終為零。 3.3.2能量守恒定理 能量守恒定律也就是熱力學(xué)第一定律，是指在一個(gè)不與外界發(fā)生任何形式能量的交換的系統(tǒng)也即是我們常說(shuō)的密閉系統(tǒng)中，系統(tǒng)總能量是一個(gè)定值。其中總能量不僅僅指狹義的將動(dòng)能與勢(shì)能相加，這個(gè)時(shí)候不能忽略靜止能量，三者相加才是總能量。 3.3.3牛頓—?dú)W拉方程 在理想狀態(tài)下，即滿足我們假設(shè)條件的情況下，我們必須加速或減速運(yùn)動(dòng)桿件，其所需要的力或力矩是所需加速度和桿件質(zhì)量分布的函數(shù)；牛頓方程和用于轉(zhuǎn)動(dòng)情況的歐拉方程一起，描述了機(jī)器人驅(qū)動(dòng)力矩、負(fù)載力（力矩）、慣量和加速度之間的關(guān)系。 3.3.4達(dá)朗貝爾原理 其定義為：對(duì)任何一個(gè)物理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其中的慣性力以及外界提供的力，通過(guò)符合約束條件的虛位移，最后的虛功的總和為零。 受約束非自由質(zhì)點(diǎn)所受的力包括主動(dòng)力F以及約束力FN，若是加上慣性力，則有著以下公式： （1） 也就是在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的任何一個(gè)時(shí)刻，主動(dòng)力、約束力以及慣性力三者間組成了平衡力系。上式即為具體的表述。對(duì)質(zhì)點(diǎn)上都賦予虛構(gòu)慣性力，那么每個(gè)質(zhì)點(diǎn)均位于平衡狀態(tài)，即： Fi+FNi+FIi=0（i=1,2,…,n） （2） 達(dá)朗貝爾一開始建立的公式和式（1）有所差異。將主動(dòng)力F劃分成兩塊內(nèi)容：F(1)讓質(zhì)點(diǎn)獲得加速度，即，叫做有效力；為克服約束力。 達(dá)朗貝爾原理和質(zhì)點(diǎn)靜止時(shí)的平衡方程在公式方面是一致的。若是把之前的F(1)、F(2)的表達(dá)式進(jìn)行代入的話，就能夠獲得： 和式（1）一樣，都和牛頓第二定律相同。[1] 達(dá)朗貝爾原理公式如下 3.3.5拉格朗日方程 拉格朗日方程：在完整系統(tǒng)的大環(huán)境下，動(dòng)力方程可以由廣義坐標(biāo)表示。 我們常說(shuō)的拉格朗日方程區(qū)別于第一類，叫做第二類拉格朗日方程。通常可寫成： 式中T為系統(tǒng)中用各廣義坐標(biāo)qj和各廣義速度qj所表示的動(dòng)能；Qj為對(duì)應(yīng)于qj的廣義力;N(=3n-k)為這個(gè)完整系統(tǒng)的自由度；n為系統(tǒng)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)；k為完整約束方程個(gè)數(shù)。 4 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 4.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的軟件背景 是目前使用十分普遍的一種繪圖軟件，是一款與ADAMS有異曲同工之妙的動(dòng)力學(xué)仿真應(yīng)用軟件，它屬于SolidWorks的一個(gè)插件。 為虛擬原型機(jī)仿真工具，對(duì)機(jī)械臂可以完成運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)仿真，能夠準(zhǔn)確而直觀地速度，角速度，加速度，角加速度，位移等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。并且輸出結(jié)果可以用多種形式表示比如記錄一段動(dòng)畫或者生成一張圖表等。 此外，在載荷復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情況下，SolidWorks不能獨(dú)立完成對(duì)裝配體的分析，我們可以將裝配體的復(fù)雜載荷輸入其他可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的軟件如Adina,ADAMS等，由此得到裝配體剛度強(qiáng)度更加直觀的資料。 支持同軸心配合、螺旋配合、平行配合、水平配合等各種配合模式。 能夠根據(jù)速度、位移、角度等去定義出較為簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，也可以通過(guò)各種樣條曲線來(lái)完成對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的界定。 Solidworks Motion可以用來(lái)模擬給裝配體施加各種外力的情況，如力矩，諧波等，也可以用來(lái)模擬裝配體受到各種復(fù)雜外力的情況。 所以一些繁瑣的系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真就能夠利用進(jìn)行構(gòu)建。本篇論文首先采用做出機(jī)械臂三維模型，然后節(jié)取機(jī)械臂的一個(gè)關(guān)節(jié)與底座，運(yùn)用 Solid Works Motion進(jìn)行機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真。 4.2運(yùn)用solidworks建立六度機(jī)器人機(jī)械臂三維模型 首先用SolidWorks制作出機(jī)械臂各零部件的三維模型。將所有模型通過(guò)同軸心，面面重合等配合方式完成裝配。 4.3運(yùn)用Solidworks對(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 首先啟動(dòng)SolidWorks， 新建裝配體。 將做好的機(jī)械臂圖紙中的底座和關(guān)節(jié)導(dǎo)入，如圖。 設(shè)置底座的初始位置。這樣就可以形成一個(gè)仿真環(huán)境。 設(shè)置仿真的基本參數(shù)，如角速度，角加速度，速度，幀數(shù)，力和時(shí)間的單位等。 將底座和關(guān)節(jié)通過(guò)同心軸和重合完成裝配。 選擇運(yùn)動(dòng)算例。 選擇添加馬達(dá)，馬達(dá)類型選擇旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，并將馬達(dá)添加在底座凸臺(tái)的下表面。 SolidWorks中的馬達(dá)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配體單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況的把控，還可以通過(guò)修改馬達(dá)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步修改裝配體的時(shí)間參數(shù)如位移，角速度，加速度，速度等。 [零部件/方向] 選擇底座曲面面，方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍D(zhuǎn)角度為360度。 要相對(duì)此項(xiàng)移動(dòng)的零部件選擇關(guān)節(jié)凸臺(tái)的上表面。 勾選完成并點(diǎn)擊播放鍵。 在運(yùn)動(dòng)算例中，我們可以調(diào)整幀數(shù)時(shí)間間隔及幀數(shù)，以此匹配我們的裝配精度，利用SolidWorks motion的馬達(dá)選項(xiàng)使關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)。 結(jié)論 本文主要對(duì)垂直關(guān)節(jié)型六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面： （1） 對(duì)機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行背景調(diào)查，得出對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析的意義所在。 （2） 探究六自由度機(jī)器人與四自由度工業(yè)機(jī)器人的概念甄別，并得出六自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)特征。 （3） 探究運(yùn)動(dòng)學(xué)原理及公式，并在運(yùn)動(dòng)分析時(shí)應(yīng)用。 （4） 運(yùn)用SolidWorks建模并作圖，為運(yùn)動(dòng)學(xué)分析提供直觀依據(jù)。 （5） 根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析的結(jié)果，對(duì)六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化并提出優(yōu)化方案。 參考文獻(xiàn) [1] 山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電研究所第八講機(jī)器人動(dòng)力學(xué)[M] [2]周會(huì)成, 正軍. 六自由度機(jī)器人設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)分析[J]. 機(jī)器人, 2014, 42(9): 55-79 [3] 周科. 六自由度機(jī)器人設(shè)計(jì)與軌跡規(guī)劃方法研究[D]. 哈爾濱:周科, 2013. 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