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随着机器人技术的快速发展,工业机器人的研究也越来越受到重视,其应用领域也日益广泛。本课题主要以KUKA机器人为例,对工业机器人进行研究。基于虚拟样机技术,对工业机器人进行了运动学和动力学理论建模及仿真分析,对机器人进行了多柔体动力学和激振特性仿真研究。全文的主要研究内容如下：(1)基于D-H坐标法和齐次变换法,建立了机器人的运动学数学模型,并求解了其正解和逆解。利用MATLAB中的Robotics Toolbox工具箱建立了机器人的简化的三维模型,完成了正、逆运动学仿真,并通过求解任意角处的运动学正解验证了建立的数学模型的正确性。另外,联合MATLAB的画图命令及其强大的计算功能,分析得到了机器人的工作空间的三维云图和在三个方向的投影图。(2)利用三维建模工具SolidWorks建立了KUKA机器人的仿真模型,然后基于虚拟样机原理,将三维模型以适当的格式导入ADAMS中,完成了运动学仿真分析,得到了机器人末端的运动轨迹,及其各个连杆或各关节的位移、速度以及加速度随时间的变化曲线,加深了对机器人运动情况的了解。利用拉格朗日方法建立了机器人的动力学数学模型,并在ADAMS中进行了动力学仿真,得到了各关节受力和所受力矩随时间变化的曲线。(3)基于协同建模的思想,联合虚拟样机技术和有限元方法建立了工业机器人的多柔体模型,将模型导入ADAMS中完成了多柔体动力学仿真,由多柔体和多刚体动力学仿真结果对比可知,在机器人工作过程中,杆件的弹性变形对机器人的运动精度和各个关节的受力有影响,研究机器人的多柔体动力学是有必要的。(4)在工业机器人的多柔体模型的基础上,建立机器人的振动模型,形成了具有刚柔耦合结构的振动系统,通过对该模型的激振特性仿真分析,得到了整个机器人的固有频率和位移响应,为机器人的结构改进提供了参考。又通过实验方法对机器人的激振特性进行了测试,激振特性仿真结果的可靠性得到了验证。