王娜
【摘 要】本文采用標準D-H法對六自由度關(guān)節(jié)機器人的機構(gòu)和運動學(xué)進行分析,推導(dǎo)出正逆運動學(xué)變換公式。在此基礎(chǔ)上,本文運用Matlab機器人工具箱對機器人系統(tǒng)進行了運動仿真,研究了機器人在作業(yè)過程中的主要運動學(xué)指標的變化情況,十分直觀地反映出機器人這一非線性耦合結(jié)構(gòu)中各桿件和末端工作部分的運動狀態(tài),為機器人的具體研制、控制策略提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】PUMA560機械臂;運動學(xué);動力學(xué);仿真
1 PUMA560簡介
對機器人進行圖形仿真,可以直觀顯示出機器人的運動情況,得到從數(shù)據(jù)曲線中難以分析出來的許多重要信息,并能從圖形上看到機器人在一定控制條件下的運動規(guī)律。從仿真軟件中觀察機器人工作程序的運行結(jié)果,就能分析出該機器人軌跡規(guī)劃等的正確性和合理性,從而為離線編程提供有效的驗證手段。
PUMA560 機械臂是一種示教機器人。有六個自由度,包括6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),模仿人的腰、肩、肘和手腕運動,能以規(guī)定的姿態(tài)到達工作范圍內(nèi)的任何一個點。包括:臂體、控制器和示教器三個部分。它的外觀圖如圖1 所示。
2 PUMA560的空間坐標系建立
PUMA560一般由移動關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)共同作用,組成機器人的操作臂,每個關(guān)節(jié)都有一個自由度。在六自由度下,我們規(guī)定連桿0表示基座,關(guān)節(jié)1讓基座0與連桿1相接,關(guān)節(jié)2讓連桿1與連桿2相連接,以此類推。如圖2所示。
3 確定D-H坐標系
PUMA560的6個關(guān)節(jié)全為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)如下:
Xi軸:沿著Zi和Zi-1的公法線,指向離開Zi-1軸的方向;
Yi軸:按右手直角坐標系法則制定;
Zi軸:沿著i+1關(guān)節(jié)的運動軸;
兩連桿距di:Xi和Xi1兩坐標軸的公法線距離;
兩桿夾角θi:Xi和Xi1兩坐標軸的夾角;
連桿長度ai:Zi和Zi-1兩軸心線的公法線長度;
連桿扭角αi:Zi和Zi-1兩軸心線的夾角;
所以相鄰坐標系i和i-l的D-H變換矩陣為:
6 結(jié)論
本文利用 MATLAB Robotics Toolbox 建立了PUMA560機器人的三維模型,分析了它的正運動學(xué)、逆運動學(xué)和軌跡規(guī)劃問題,驗證了仿真的合理性。
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