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时间:2019-07-15
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1、万方数据基于ADAMS的PUMA560的运动学分析及仿真口张永贵口王得蛟口张秀林兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要:针对PUMA560机器人运动学问题进行分析研究,基于D—H坐标系理论建立模型,运用ADAMS进行运动学仿真实验研究,通过实验数据分析,验证了模型与相关计算的准确性。关键词:机器人运动学仿真ADAMS中图分类号:1H133文献标识码:A文章编号:1000—4998(2014)04一0016—03焊接加工一方面要求工人有熟练的操作技能、丰富的实践经验和稳定的焊接水平;另一方面,工作的劳动条件差、烟尘
2、多、热辐射大、危险性高。当焊缝为复杂曲线时,人工焊接质量就会下降,所以,在焊接生产中利用焊接机器人代替人工焊接,可减轻工人的劳动强度,保证焊接质量和提高焊接效率⋯。为保证焊接质量,研制时需对其进行轨迹设计和运动学分析,机械手的运动学模型是其运动规划和离线控制的基础[圳。基于上述分析,本文首先以PUMA560机械手为研究对象进行运动学研究分析,然后建立该机械手末端位姿数学模型,进行仿真实验研究,证明模型的准确。陛。1基于PUMA560机械手的运动学分析1.1机械手运动学机械手运动学是避障路径规划研究的基础.主要研究机械手
3、臂各杆件之间的位移、速度和加速度关系,运动学问题包括正运动学问题和逆运动学问题【4】。正运动学问题是指给出机械手各关节的位置、速度、加速度,求解各杆件的位置、姿态、速度、加速度等运动参数的问题,特别是求解机械手手臂端点(或末端杆件)的位置、姿态、速度、加速度[5]。逆运动学问题是已知工作所要求的末端执行器的位置、姿态、速度、加速度时,求解能实现这些要求的机械手各关节的位置、速度、加速度等运动参数[6]。1.2建立机械手末端位姿数学模型PUMA560机器人本体关节结构由回转的机体、肩、大臂、小臂、腕部及机械手部分组成。所
4、以该机器人共有6个关节自由度,如图1机器人实体模型所示.其中前3个关节主要影响末端执行器的位置,后3个关节决定末端的姿态,而且6个关节均为旋转关节.属关节型机器人。通过机构分析,建立了PUMA560的简化模型,如收稿日期:2013年lO月回2014/4▲图lPUMA560的实体模型图2所示,为了进一步分析研究,对已建立的简化模型进行坐标分析研究。如图3所示。同时为了更加有效地实施动力学分析,确定了各参数,见表1。图中:锄=431.8mm,Ⅱ3=20.32mm,d1=660.4mm,d2=149.1mm,出=433.1m
5、m,如=56.25mm,唬=80.31IllIn。1.3基于已建立模型的运动学分析1.3.1正运动学分析基于D—H方法[71.表示初始连杆坐标系与上一连杆坐标系之间的关系。相邻两连杆的空间关系矩阵为连杆变换矩阵。建立的齐次变换矩阵如下:一s6}f+lca“Is佛+ls“Ⅲc皖+lccY“1一c6Ii+IscY“lSal+lCaHl0q“c皖“啦“s皖+1d“l1式中:c为cos;s为sin;毋为Z—l到五沿X;一l测量的距离;a;为五一。到Z绕X。旋转的角度;盔为X。到置沿五测量的距离;B为X。到置绕Z旋转的角度。采用
6、A。o、A:1、A,2、A43、A54、A65矩阵分别表示肩坐标系相对于基座坐标系、大臂坐标系相对于肩坐标系、小臂坐标系相对于大臂坐标系、腕l坐标系相对于小臂坐标系、腕2坐标系相对于腕1坐标系、腕3坐标系相对于腕2坐标系。机械制造52卷第鹑6期勰万方数据▲图2PUMA560简化模型▲表lPUMA560机器人的连杆参数连杆i叫(o)a,姗彤(o)d蛔变量范围,(。)l一90090660.4一160—16020431.80149.1—225—453—9020.3-90O—45~2254900O433.1—110~1705—
7、90O56.25一loo~1006O0O80.3l一266—266A10-A21=A,2=A?=A‘4=A65=一splcdls口lsalc口lcal一c口IsaIS理IC理10一s扫如d2c晚s仅2c岛c0[2一c6}2sa2S“2Ca20一s£)jcd3s巩s理3c巩ca3一c以s仅3Sd3C仅30一s以ca4s6koc4c扫缸d4一c6b“4S理4Ca40O—s侠ca5s侠sa5c侠cd5一c6}5sa5Sa5C“50一s侠ca6s魄s“6c魄ca6一c魄s理6Sd6Cd60盘机械锚造52卷第596期00—101
8、0O0O—l0660.4O0l10—1431.80101149.10lO0l0—100—20.30—10100—1010433.10lO0O0lO0一l056.25010O0l0l80.3101已知6关节机械手运动方程为奠6哥4j■2■3秘4秘j■6名吼以n,oy,ko:0魄px吩py啦p;0l式中:n、o、8为旋转矢量.p为平移
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