六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析與優(yōu)化

1、 WORD 15/20 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)分析與優(yōu)化 （英文） Motionanalysis and optimization of6-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 吳子璇 正 學(xué) 號(hào) 130154494 7 指導(dǎo)教師 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)，

2、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)以與動(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

3、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 TOC o 1-3 u 摘要 PAGEREF _Toc478841116 h IAbstract PAGEREF _Toc478841117 h II1 緒論 PAGEREF _Toc478841119 h 11.1課題背景與研究的目的和意義 PAGEREF _Toc478841120 h 11.2機(jī)器人國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望12 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 PAGEREF _Toc478841121 h 1 2.1六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)12.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析13 六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 PAGEREF _To

4、c478841122 h 33.1綜述33.2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53.3動(dòng)力學(xué)原理33.3.1動(dòng)量矩定理63.3.2能量守恒定理6 3.3.3牛頓歐拉方程7 3.3.4達(dá)朗貝爾原理8 3.3.5拉格朗日方程94 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析 PAGEREF _Toc478841123 h 34.1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45 結(jié)論 PAGEREF _Toc478841124 h 4參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc478841125

5、 h 51 緒論1.1 課題背景與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)展涉與多個(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)

6、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、與優(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)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景我國(guó)在機(jī)器人方面的探究工作起步較晚于日本與歐美國(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

7、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,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

8、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)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)與自動(dòng)化。第三，一些國(guó)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?，F(xiàn)在，我國(guó)各行各業(yè)對(duì)“用機(jī)器人代

9、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)際圍的機(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

10、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(jiàn)的機(jī)器人有六自

11、由度以與四自由度機(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、多功用以與多自由度的機(jī)器。可以通過(guò)一定的設(shè)計(jì)去完成各種作業(yè)?！倍壳傲杂啥葯C(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

12、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)、手腕俯仰以與手腕回轉(zhuǎn)。詳見(jiàn)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1.22.2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)

13、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

14、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)方向向量以與一個(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)方向向量以與一個(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)不在考慮圍。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、慣性矩陣與

15、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外力做功總和。質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理的微分形式：將式（

16、1）兩邊除以dt，得：（2）式中為外力的功率；為力的功率。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)間的變化等于質(zhì)點(diǎn)系所受外力合理單位時(shí)間做功和。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，力所做功的總和始終為零，質(zhì)點(diǎn)的定義決定其不受力作用，而剛體始終受一對(duì)等價(jià)力的作用，因此，他們力所做的功始終為零。3.3.2能量守恒定理 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E8%83%BD%E9%87%8F%E5%AE%88%E6%81%92%E5%AE%9A%E5%BE%8B t _blank 能量守恒定律也

17、就是 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%B8%80%E5%AE%9A%E5%BE%8B t _blank 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 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%8A%A8%E8%83%BD t _blank 動(dòng)能與 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%8A%BF%E8%83%BD t _blank 勢(shì)能相加

18、，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牛頓歐拉方程在理想狀態(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) HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%89%A9%E7%90%86%E7%B3%BB%E7%BB%9F t _blank 物理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其中的 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E6%83%AF%E6%80

19、%A7%E5%8A%9B t _blank 慣性力以與外界提供的力，通過(guò)符合 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%BA%A6%E6%9D%9F%E6%9D%A1%E4%BB%B6 t _blank 約束條件的 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E8%99%9A%E4%BD%8D%E7%A7%BB t _blank 虛位移，最后的 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E8%99%9A%E5%8A%9F t _blank 虛功的總和為零。受 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%BA

20、%A6%E6%9D%9F/2747816 t _blank 約束非自由質(zhì)點(diǎn)所受的力包括 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E4%B8%BB%E5%8A%A8%E5%8A%9B t _blank 主動(dòng)力F以與 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%BA%A6%E6%9D%9F%E5%8A%9B t _blank 約束力FN，若是加上 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E6%83%AF%E6%80%A7%E5%8A%9B t _blank 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) HYPERLI

21、NK :/baike.baidu /item/%E6%97%B6%E5%88%BB/1531818 t _blank 時(shí)刻，主動(dòng)力、約束力以與慣性力三者間組成了 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E5%8A%9B%E7%B3%BB t _blank 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 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%B9%B3%E8%A1%A1/75238 t _blank 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

22、的公式和式（1）有所差異。將主動(dòng)力F劃分成兩塊容：F(1)讓質(zhì)點(diǎn)獲得 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%8A%A0%E9%80%9F%E5%BA%A6/3764 t _blank 加速度，即，叫做有效力；為克服 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%BA%A6%E6%9D%9F%E5%8A%9B t _blank 約束力。達(dá)朗貝爾原理和質(zhì)點(diǎn) HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E9%9D%99%E6%AD%A2/33168 t _blank 靜止時(shí)的 HYPERLINK :/baike.baidu /it

23、em/%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E6%96%B9%E7%A8%8B t _blank 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 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E7%89%9B%E9%A1%BF%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E8%BF%90%E5%8A%A8%E5%AE%9A%E5%BE%8B t _blank 牛頓第二定律一樣。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

24、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 HYPERLINK :/baike.baidu /item/%E5%B9%BF%E4%B9%89%E5%8A%9B t _blank 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)以與動(dòng)力學(xué)仿真，能夠準(zhǔn)確而直觀地速度，角

25、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)