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基于MATLABPUMA机器人运动仿真 论文


基于 MATLAB 的 PUMA 机器人运动仿真研究 摘 要:机器人运动学是机器人学的一个重要分支,是实现机器 人运动控制的基础。论文以 d-h 坐标系理论为基础对 puma560 机器 人进行了参数设计 ,利用 matlab 机器人工具箱, 对机器人的正 运动学、逆运动学、轨迹规划进行了仿真。matlab 仿真结果说明了 所设计的参数的正确性 ,能够达到预定的目标 。 关键词:

机器人 puma560 d-h 坐标系 中图分类号: tp24 文献标识码:a 运动学 轨迹规划 文章编号: 1672-3791 (2011)10(c)-0000-00 机器人运动学的研究涉及大量的数学运算,计算工作相当繁锁。 因此,采用一些工具软件对其分析可大大提高工作效率,增加研究 的灵活性和可操作性。 对机器人进行图形仿真,可以将机器人仿 真的结果以图形的形式表示出来,从而直观地显示出机器人的运动 情况,得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息, 还可以从图形上看到机器人在一定控制条件下的运动规律 [1][5] 。 论文首先设计了 puma560 机器人的各连杆参数 ,然后讨论了正、 逆运动学算法 ,轨迹规划问题 ,最后在 matlab 环境下 ,运用 robotics toolbox,编制简单的程序语句 ,快速完成了机器人得 运动学仿真。 puma560 机器人参数设计 1.1 d-h 变换 为描述相邻杆件间平移和转动的关系,denavit 和 hartenberg (1955)提出了一种为关节链中的每一杆件建立附体坐标系的矩阵 方法[2]。d-h 方法是为每个关节处的杆件坐标系建立 4*4 齐次变 换矩阵(也称 a 矩阵) ,表示它与前一杆件坐标系的关系 。刚性杆 件的 d-h 表示法取决于连杆的以下四个参数:-两连杆的夹角 ; -两连杆的距离 ;-连杆的长度 (即 轴和 轴间的最小距离) : -连杆的扭转角 。对于转动关节 是关节变量 ,其余为关节参数 (保持不变) :对于移动关节 , 是关节变量 ,其余为关节参数。 1。2 puma560 机器人的关节结构及其参数设计 puma560 机器人由 6 自由度旋转关节组成,其构成如图 1 所示。机 器人的回转机体实现机器人机体绕轴的回转(角),它由固定底座和 回转工作台组成。大臂臂体的下端安有直流伺服电机,可控制大臂 上下摆动(角)。小臂支承于大臂臂体的上关节处,其驱动电机可带 动小臂做上下俯仰(角),以及小臂的回转()。机器人的腕部位于小 臂臂体前端,通过伺服电动机传动,可实现腕部摆动()和转动()。 puma 机器人各杆件的结构参数和运动参数如表 1 所示[4]。 2. 机器人运动学仿真算法 2。1 机器人运动学正问题 机器人运动学正问题, 就是给定杆件的几何参数和关节的位移, 求解末端连杆坐标系相对于基坐标系的位姿。为求解运动学方程 式,用齐次变换矩阵来描述第 i 坐标系相对于(i-1)坐标系的位 置和方位[2][3][4],记作: (1) 将机器人的参数带代入(1)中去,得到第 i 坐标系相对于基坐标 系的齐次变换矩阵,表示为: (2) 当 i=6 时,可求得 t=,它确定了机器人的末端相对于基坐标系的 位置和姿态,可以把 t 矩阵表示为:= (3) 2.2 机器人运动学逆问题 机器人运动学逆问题就是已知连杆的位置和方位(可用表示位姿 矩阵 t 即式(3),求得机器人各个关节变量,对于 puma560 机器 ) 人,需要求解的变量为: 。机器人运动学逆问题的求解方法是:将 运动方程式

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