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1、第28卷第6期昆明理工大学学报(理工版)Vol.28No162003年12月 JournalofKunmingUniversityofScienceandTechnology(ScienceandTechnology)Dec.2003基于MATLAB的PUMA机器人运动学仿真干敏耀,马骏骑,陈永星,范启印(昆明理工大学机电工程学院,云南昆明 650093)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.文中主要针对PUMA机器人操作机运动学正问题分析,以D-H坐标系理论为基础并建模,利用M
2、ATLAB工具,实现了简单的仿真,有助于对机器人关节运动角度的深入理解,并为工程人员提供一种有效的分析手段.关键词:机器人;运动学;仿真;MATLAB中图分类号:TP24212文献标识码:A文章编号:1007-855X(2003)06-0050-04KinematicsAnalysisandSimulationofPUMARobotBasedonMATLABGANMin2yao,MAJun2qi,CHENYong2xing,FANQi2yin(FacultyofMechanicalandElectricalEng
3、ineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstract:KinematicsofrobotisanimportantbranchofRoboticsandthebasistofulfilkinematicalcontrolofrobots.AnemphasisisplacedontheanalysisofdirectkinematicsofPUMArobot’smanipulator.Asimplesimu2lat
4、ionbasedonD-HcoordinationsystemandmodelingisperformedbythetoolsofMATLABsoftware.Itisalsohelpfultodeeplyunderstandthemovinganglesofjointsandprovidesaneffectiveanalyticmethodforengineers.Keywords:robot;kinematics;simulation;MATLAB0引言21世纪,随着机械、电子、控制技术的迅猛发展,机器人技术
5、已广泛应用于军事、航空航天、工农业生产、医疗等领域.各类功能齐备、技术含量高的机器人纷纷问世,一些发达国家如美国、日本、德国、法国等在机器人领域一直保持着先进的技术水平及其优势.机器人学涉及内容相当广泛,包括机构学、运动学、控制技术、传感技术及智能技术等.机器人运动学是机器人技术中的一个重要分支,是实现机器人运动控制的基础.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.MATLAB是由美国MathWorks公司于1984年推出的
6、一套高性能的数值计算和可视化软件,具有良好[1]的用户界面、通用性好、功能强大,是工程人员进行科研工作的有效工具.论文主要利用MATLAB语言对PUMA机器人操作机进行运动学分析,得到不同关节角度下的机器人末端执行器的位姿.1运动学分析1.1机器人运动学的组成机器人运动学主要包括正向运动学,即给定机器人各关节变量,计算机器人末端的位置与姿态;逆向运动学是已知机器人末端的位置与姿态,计算机器人对应位姿的全部关节变量.一般正向运动学的解是唯[2]一的,而逆向运动学往往有多个解且分析方法更复杂.收稿日期:2003-08
7、-29.第一作者简介:干敏耀(1978～),男,在读硕士研究生.主要研究方向:机器人控制与仿真.E-mail:g-minyao@163.com第6期 干敏耀,马骏骑,等:基于MATLAB的PUMA机器人运动学仿真511.2D-H坐标系机器人操作机由一串用转动或平移关节连接的刚体(杆件)组成.研究机器人操作机的每一活动杆件只具有一个自由度.杆件的编号由固定基座开始,固定基座称为杆件0,第一个运动体是杆件1,依次类推,直到最后一个末端杆件,关节1连接杆件1和支座,不构成闭环.第i关节的关节轴置于相邻
8、两个杆件的连接处(如图1),相邻两杆件之间有一个共同的关节轴线,因而每个关节轴线有两条公法线与之垂直,两相邻杆件(杆件i-1和杆件i)的相对位置由两条公法线沿关节轴方向的距离di所决定.关节角θi在垂直于关节轴的平面内测量.为描述相邻杆件间平移和转动的关系,Denavit和Harten2berg于1995年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,D-H方法
