机械手工作空间的设计

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1、三自由度机械手工作空间的设计（MATLAB）题目的选择：三自由度机械手工作空间分析，θ1，θ2，θ3的转角范围-90˚~90˚，l0=1m，l1=l2=0.8m。每个杆横截面积为60mm×20mm的矩形铁杆，θ1绕垂直z轴旋转，θ2，θ3在水平面内旋转。理论分析：从题干可以得知，首先此工作空间需要有三个杆组成，即l0=1m，l1=l2=0.8m，可以在刚体中设置长度；其次，题目要求θ1，θ2，θ3的转角范围-90˚~90˚，此项可以在信号发生器模块里面设置，本题信号均选择π/2的正弦波作为发生信号；第三，要求θ1绕垂直z轴旋转，我的理解是模拟机

2、械手的支撑单元杆，此结构会做原地的自传，也就是围着Z轴旋转，满足题目要求；最后，要求θ2，θ3在水平面内旋转，这个比较好实现了，只要在刚体设置中，定好杆的位置就可以实现。基于SimMechanics的运动学分析：根据机器人的机构组成，基于SimMechanics的三关节机器人仿真模型如图1所示。图中SimMechanics仿真模型主要由三个转动关节模块，三个刚体模块和一个地模块组成。转动关节1、2、3（R1、R2、R3）表示机器人的两个转动关节，刚体1、2、3（B1、B2、B3）代表杆1、杆2、杆3，地（Ground）表示固定机座。对于关节1、

3、2、3用两个驱动器（R1Actuator、R2Actuator和R3Actuator）进行运动驱动，为了精简模型，本模型采用了封装子系统操作，即把关节驱动器部分封装起来，由于三处关节得驱动基本相同，所以三处都采用了此操作，封装之后如下图中的（Power1、Power2、Power3），用两个传感器（R2Sensor和R3Sensor）测量关节转角，轨迹规划模块实现机器人末端的运动轨迹。 三自由度机械手工作空间的设计方法：1．打开MATLAB/SIMULINK,找到SimMechanics模块，如图2所示。 2．按照题目要求从SimMechani

4、cs模块中依次拖拽相应的杆件和连接件，组成3关节机器人，但是组成后机器人是仿真不起来的，因为没有设定相关的一些参数。所需要的连接件在前面基于SimMechanics的运动学分析中已经详细介绍了。3．参数的设定1）转动关节模块参数的设定：按照题目的要求，需要θ1绕垂直z轴旋转，θ2，θ3在水平面内旋转，也就是说R1的转动轴应以Z为坐标轴运动，R2、R3也同样如此，这样设定参数可以满足要求，其参数的设置如图3所示。 2）刚体模块参数的设定：此处参数的设定很关键，设置的对错将决定整个系统是否可以正常运行，参数的设定也是相对麻烦一些的，现在详细的介绍一

5、下本题刚体模块参数的设定方法。首先，要设定一个基准，这里我采用Bottom为基准，设定其坐标为（0，0，0），并取名为CS1；其次，设定Top的坐标为（0，0，1），取名为CS2，这样以来就可以确定第一个杆的长度为1m，它是以CS1为基准设定的。再者还要设定一个中间点，坐标为（0，0，0.5）,取名为CG,它也是以CS1为基准的。其参数的初设定如图4所示。 之所以称之为初设定，是因为这样设定后还不能满足题目的要求，因为题目中要求每个杆横截面积为60mm×20mm的矩形铁杆，所以还需要多设置8个点，即每4个点可以形成铁杆的两个截面。值得注意的是，

6、此8个点中每4个点是关于中心点对称的，并且4个点是以CS1为基准，后4个点以CS2为基准。单位是毫米，截面积为60mm×20mm，所以可以这样设定前4个点的坐标，即第一点坐标是（0.03，0.01，0）依次类推，第二点坐标（-0.03，0.01，0），第三点坐标是（-0.03，-0.01，0），第四点坐标（0.03，-0.01，0），这样就可以构成杆件的一个下平面。杆件的上平面也是如此设定坐标，这四个坐标点是以CS1为基准的。其次的四个点是以CS2为基准的，这样就可以设计出矩形铁杆了。矩形铁杆参数设定如图5所示。第二和第三个杆也同样设定。 图5

7、刚体矩形铁杆参数的设定3）关节驱动器模块的设定：双击驱动器模块，选择Motion选项，然后依次在Angle选项中选择rad单位、Angulervelocity选项中选择rad/s、Anguleracceleration选项中选择rad/s^2单位，其参数设定如图6所示。 图6关节驱动器模块参数的设定关节驱动器模块后面理解着驱动信号，本题中均采用π/2的正弦波作为发生信号，为了精简模型，将驱动器及信号发生器等模块封装为子系统。封装好的子系统如图7所示。 4）测量关节转角传感器模块的参数设定：本题主要测出关节的转角，所以只把转角选项打上对号就行了，

8、其设置参数如图8所示。 5）XYGraph模块参数的设置：这个示波器的主要功能是使用Matlab的图形窗口显示信号的X-Y图，其设置参数如图9所示。