通用型六自由度工业机器人的运动学分析

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1、通用型六自由度工业机器人的运动学分析摘要：针对六自由度工业机器人运动学分析和轨迹规划过程中的计算烦琐问题，以通用型六自由度工业机器人为研究对象，在Matlab环境下，利用RoboticsToolbox工具箱对该机器人进行运动学建模，并建立该机器人的D-H模型，�ζ浣�行运动学求解和轨迹规划与仿真。实验表明，RoboticsToolbox工具箱极大地简化了通用型六自由度工业机器人运动学分析的正、逆解的求解过程，并且能直观地显示机器人的运动特性、参数和轨迹。对通用型这类六自由度工业机器人的研究与应用具有重要的价值。中国

2、8/vie　　关键词：工业机器人RoboticsToolbox运动学求解轨迹规划仿真　　中图分类号：TP391.9文献标识码：A：1672-3791（2017）01（c）-0097-04　　机器人是当代新科技的代表产物，是高新技术的代表。随着计算机技术的发展，机器人科学与技术也得到了迅速发展。在工业机器人的研究中，由于其价格昂贵，对用实物机器人进行实践学习的普及难度较大，因此机器人的软件仿真实验变得非常重要。对机器人进行软件仿真实验，可以模拟出机器人的运动情况图像，更加直观地显示了机器人的运动参数与轨迹特征，从而有

3、利于分析很多重要的信息。　　在机器人的运动仿真这块，很多学者都进行了相关的研究。例如：文献[1]以一个五自由度护理机器人为例，利用RoboticsToolbox工具箱对其进行运动学建模与求解；文献[2]以一个SCARA机器人为例，利用RoboticsToolbox工具箱来讨论标准D-H参数和改进D-H参数建模方法的区别，并对其轨迹规划仿真；文献[3]以CincinnatiT3-746机器人为例，对其运动学轨迹规划进行了分析与仿真，但以上所建立的机器人模型只能适用于相应的机器人运动学研究。一种通用的、能通过简单修改便

4、可适用于任何一种通用型六自由度工业机器人的仿真方法显得尤其重要。　　1运动学分析　　1.1六自由度工业机器人D-H模型建立　　目前，各大工业机器人厂商提供的通用型六自由度工业机器人的机械结构、外观上大同小异，相差不大。从本质上讲，关节布置和机身、臂部、手腕结构基本一致。如图1所示为通用型六自由度工业机器人的三维模型。　　要用计算机对机器人运动进行仿真，首先需要构建相应的机器人对象。在机器人学的教学中通常把机器手看作是由一系列关节连接起来的连杆构成。为描述相邻杆件间平移和转动的关系，Denavit和Hartenber

5、g提出了一种为关节链中的每一杆件建立附属坐标系的矩阵方法，通常称为D-H参数法[4]。根据D-H参数法确立准则，构建六自由度工业机器人的关节坐标系，如图2所示。　　由建立的关节坐标系所推出来的连杆间D-H运动学参数如表1所示。其中参数为连杆转角、为连杆距离、为连杆长度、为连杆扭角。　　各通用型六自由度工业机器人的区别主要在于D-H参数中的连杆距离和连杆长度的不同。因此只需要根据不同机器人来改变与的数值，便可对其进行运动学分析和轨迹规划，从而可以得到通过简单修改便可适用于任何一种通用型六自由度工业机器人的仿真方法。　

6、　根据一种通用型六自由度工业机器人（如MOTOMANMH24机器人）的D-H参数可得其=150，=760，=200，=505，=795，=100。在Matlab环境下，利用RoboticsToolbox工具箱，根据表1和以上确立的D-H参数，以图1所示的位姿为初始位置（[0-pi/2000-pi/2]），运用Link函数建立机器人模型：　　L1=Link（[0505150-pi/20]，’standard’）；　　L2=Link（[-pi/2076000]，’standard’）；　　L3=Link（[00200-

7、pi/20]，’standard’）；　　L4=Link（[07950pi/20]，’standard’）；　　L5=Link（[000-pi/20]，’standard’）；　　L6=Link（[-pi/2100000]，’standard’）；　　r=SerialLink（[L1L2L3L4L5L6]）；　　r.name=’MH24’；　　theta=[000000]；　　r.plot（theta）；　　上述Matlab程序生成的通用型六自由度工业机器人的模型如图3所示。　　1.2运动学求解　　机器人运动学主要

8、是研究关节变量空间和机器人末端执行器位置和姿态之间的关系。常见的机器人运动学问题可归纳为2类：（1）运动学正问题：对给定的六自由度机器人，已知各杆件的几何参数和各关节角矢量，求机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置与姿态；（2）运动学逆问题：已知机器人各杆件的几何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置与姿态，求机器人能否使其末端执行器达到这个预期位