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1、毕业设计基于MATLAB的仿象鼻机器人造型及运动仿真学生姓名： 学号： 系 部： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 指导教师： 二零一五年 六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于MATLAB仿象鼻机器人造型及运动仿真 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1设计的主要任务及目标通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解仿象鼻机器人的工作原理及优化方向。2设计的基本内容及目标仿象鼻机器人机构选择
2、；功能设计；MATLAB程序设计；动作安排及仿真。1）通过查阅有关资料，了解仿象鼻机器人机构选择以及功能设计；2）仿象鼻机器人的运动部件设计及模型建立；3）利用MATLAB完成动作的仿真；4）完成毕业设计说明书的撰写。3主要参考资料【1】胡海燕，王鹏飞，孙立宁，等线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真J。机械工程学报。46(19)：18【2】郭伟，肖滔，胡海燕一种连续型肠道机器人的通过性研究与仿真J机械与电子，2010，7：6367【3】Crmg John J机器人学导论M第3版，北京：机械工业出版社，20064进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1毕业设计选题及开题答辩2015.03.0320
3、15.03.232参考仿象鼻机器人相关资料，确定研究方案2015.03.242015.04.133毕业设计中期准备2015.04.142015.05.044机器人的分析仿真及毕业设计说明书的撰写2015.05.052015.06.015完成毕业设计说明书的撰写及答辩工作2015.06.022015.06.20审核人： 年 月 日 基于MATLAB的仿象鼻机器人造型及运动仿真摘 要：现有的工业机器人关节运动不够灵活，在非结构化的工作空间运动受到限制，而新型的连续性机器人虽能实现多变灵活的运动，但其自身机械结构比较复杂，不易实现精确的控制，且负载较小。本文在对已有连续型机器人进行分析的基础上，结合
4、新型智能材料形状记忆合金的性能优点，设计了电流驱动的形状记忆合金仿象鼻机器人。本研究重点分析了仿象鼻机器人的机械结构及关节间连接方式，提出了新型的机器人驱动方式。提出电流差反馈控制系统，完成了对机器人的驱动控制分析，并运用MATLAB软件对机器人进行运动学仿真。本文最后进行了总结，分析了当前工作中存在的问题，并对下一步研究提出了建议和展望。 关键词：仿象鼻机器人 形状记忆合金 运动学分析 MATLAB仿真Modeling and movement simulation of trunk robot based on the MATLABAbstract：Traditionally, indus
5、trial robots performance in flexibility and obstacle avoidance arent very outstandingWhile new-type continuum joints robot cannot be loaded much，difficult to be achieved achieve precise control and its motion space is limited in the unstructured workspace. However, it can carry out changeable and fl
6、exible movement。Based on the analysis of existing continuum joints robot，the idea was proposed that a new trunk robot composed with performance advantages of shape memory alloy，a new kind of intelligent materials which is using the current drive。This study designs the mechanical structure and connec
7、tion method between joints of trunk robot, putting forward the new driven approach of the manipulator. Besides the study presents the current difference feedback control system, completes the analyzing of the drive control of the robot. and do detailed kinematic analysis and motion simulation for si
8、ngle joint and robot end-effector trajectory calculation by using MATLAB. In the end, the problems in the present work are analyzed, and the suggestions and prospects of the next research are put forward.Keywords: Imitation of trunk robot Shape memory alloy Kinematics analysis The MATLAB simulation目
9、 录摘 要IAbstract：I1 绪论111 机器人的发展史112 研究背景2121 国内外研究现状2122 仿象鼻机器人研究展望313 研究意义414主要研究内容515本章小结62 机械结构设计及驱动方式721机器人关节驱动方式的分析研究722 关节间连接方式的分析设计1023关节机械结构的分析及建模1024本章小结123 仿象鼻机器人运动学分析及仿真1331 连续关节的数学模型建立1332 连续关节模型的速度分析1733连续关节模型的加速度分析20331 点S在x和y方向加速度计算式20332点S的加速度计算式2234 仿象鼻机器人的运动学仿真2335 本章小结274 运动控制系统的反馈
10、及调节2841 机器人的运动控制方法2842 机器人的控制及反馈调节2943 本章小结335 总结与展望3451 本文工作总结3452 工作展望35参考文献36致 谢37III太原工业学院毕业设计1 绪论11 机器人的发展史时期机器人发展进程意义我国古代我国在西周时期就研制出能歌善舞的伶人，春秋时期的著名木匠鲁班制造过“飞行三日而不下”的木鸟。东汉及以后发明的地动仪、记里鼓车、“木牛流马”等体现了现代机器人的雏形15-19世纪1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶。1738年法国天才技师杰克戴瓦尔逊发明了一只机器鸭。1768-1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人合作制造出三
11、个像真人一样大小的机器人，他们是靠弹簧驱动，由凸轮控制的自动机器。1893年，加拿大莫尔设计的能行走的机器人“安德罗丁”以蒸汽为动力。现代机器人的起步1920年捷克作家雷尔查培科克在其剧本罗萨姆的万能机器人中最早使用机器人一词，剧中机器人（robot）这个词的本义是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器人，是一种人造的劳力。机器人的最早定义20世纪40年代中后期20世纪50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操作机械手。1959年第一台工业机器人在美国诞生开创了机器人发展的新纪元1999年英国机器人学者Robinson等提出了离散型、蜿蜒型和连续型机器人的分
12、类概念。传统的关节型工业机器人可归为离散型机器人，一般由57个单自由度关节和刚性连杆构成，通过对各关节的控制，完成机器人的运动控制。这类机器人适用于环境复杂的结构化空间作业。机器人的发展进入新的时期表 1-1 机器人发展史机器人的起源要追溯到3000多年前。“机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器或人造人，以便能够代替人去进行各种工作。20世纪，机器人技术得到迅速的发展并在工业中得到广泛应用。机器人学已发展为综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的综合性科学，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科
13、学技术发展最活跃的领域之一，未来的机器人将向智能化方向继续发展。12 研究背景121 国内外研究现状由于空间技术和机器人技术的极速发展，柔性多关节机械手臂的应用已经延伸到各种工业生产的过程中，因而受到很大关注。人类模仿自然界某些具有独特运动性能的生物，一些机器人研究者提出“连续型机器人”的概念，该类机器人采用性能类似于肌肉性静水骨骼的“无脊椎”柔性结构，利用弹性材料变形使柔性本体弯曲成光滑连续曲线而产生运动。与采用离散的单自由度关节和刚性连杆构成的传统工业机器人不同，连续型机器人能灵活改变自身形状而柔顺弯曲，实现环境中多障碍物的避让和形状各异物体的柔顺抓取，对狭小和非结构化的工作空间具有很强的
14、适应性。这类新型的仿生机器人为高度非结构化空间中的机械臂作业提供了一种新思路。柔性多关节机械手臂的运用范围越来越广泛，即使在很多的传统工业领域中人们也在努力使机器人代替人类工作。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国内外的汽车、电子电器、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。研究者主要贡献Walker研制了利用绳索驱动的仿象鼻子机器人、利用绳索和气压联合驱动的连续体机器人Air-Octor以及利用人工肌肉驱动的连续性机器人OctarmSimaan开发了一种具有柔性支架、利用绳索驱动的蛇形单元，主要用于人体喉咙内部的微创手术Chen研制了一种利用气压驱动的结肠镜末端连续型装置ColobotChoi研制了一种利用弹簧作为支架，利用绳索驱动的内窥镜机器OC robot
