基于Matlab与SolidWorks的机械臂系统的仿真与设计

论文总字数：35632字

目 录

1 绪论 5

1.1 机械臂的研究目标及意义 5

1.2 机械臂的发展史 5

1.3 本文主要研究内容 6

2 SolidWorks与Matlab软件的学习与应用 7

2.1 SolidWorks软件的介绍 7

2.2 Matlab软件的介绍 8

2.2.1 图形用户界面设计 8

2.2.2 Matlab程序设计基础 9

2.2.3 Robotics Toolbox的学习与使用 9

2.2.4 SimMechanics Link的使用 10

3 机械臂的设计与组装 11

3.1 机械臂总体方案设计 11

3.2零部件的设计与绘制 11

3.3 组装机械臂与SolidWorks motion仿真 13

3.3.1 组装机械臂 13

3.3.2 SolidWorks motion仿真 14

4 机械臂运动学分析 16

4.1 机械臂运动学概况 16

4.2 机械臂正运动学分析 17

4.3 机械臂逆运动学分析 19

5 基于Matlab的机械臂仿真 20

5.1 机械臂的导入 20

5.2 仿真界面的创建 21

5.3算法流程 22

5.3.1 正解算法 23

5.3.2 逆解算法 24

5.3.3 其他部分 24

5.4 仿真界面的演示 25

6 总结与展望 28

6.1 总结 28

6.2 展望 29

参考文献 29

致谢 31

基于Matlab与SolidWorks的机械臂系统的仿真与设计

蔡地

，China

Abstract：With the improvement of the level of industrial automation, the use of robotic arms in various fields has become increasingly common and plays an indispensable role in production. At the same time, however, the various requirements for manipulator manipulation have become increasingly complex. The purpose of this paper is to use software simulation technology to build a robotic arm simulation system and study it. Firstly, SolidWorks is used to build a 3-D model of the robotic arm. The animation of the assembled model is demonstrated to analyze its basic action. Secondly, the mathematical model of the manipulator is established by D-H method, the positive kinematics equation is derived, and the inverse kinematics is analyzed. In this way, the kinematics of the three degree of freedom manipulator is studied. Finally, he mechanical arm is imported into matlab and the robotics toolbox is used to establish the motion model of the robot arm for motion simulation. A mechanical arm simulation system is established through the use of SolidWorks and MATLAB to improve the design efficiency of the robot arm.

Key words：Mechanical arm; simulation; kinematics; matlab

1 绪论

1.1 机械臂的研究目标及意义

20世纪70年代以后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术得到了快速发展，机器人技术也紧随着进入高速发展时期。作为机器人的一个重要分支，机器人手臂也被应用于许多领域。它以人手为模型，通过控制机械臂的运动实现人手的动作，可以按照写好的程序实现规划运动、移动物体以及使用工具完成作业。

从应用环境的角度来看，机器人专家将机器人分为两大类：工业机器人和特种机器人。机器人手臂在工业生产中的应用主要有以下优点：

（1）解放劳动力：诸如喷漆、电焊、搬运等重复单调的体力工作都可以使用机械臂代替人力。

（2）安全性高：机械臂可以进入高危及放射性场所进行作业，避免了高风险作业环境下的人员伤亡。

（3）提高生产效率：相比于人工劳动，机械臂可以连续不断的工作，延长工作时间，提高工作效率。

（4）提高产品质量：利用机械臂生产，可有效避免各种人工因素的干扰导致的质量问题，且产品质量更加稳定，波动较小。

（5）改善生产过程：机械臂生产过程中可以精准把握材料的使用，避免浪费，以及减小操作不当对于生产器材的损坏。

由于工业机器人具有非常广阔的发展市场，其研究、开发及应用一直是国际关注的焦点，许多国家制定了机器人战略计划，大力推动机器人产业的发展，各类公司和研究机构的参与也推动了工业机器人的研究。综上所述，机械臂的研究具有十分重要的意义，发展前景也十分广阔。

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