基于Matlab的6R工业机器人运动学仿真与研究.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER基于Ma们ab的6R工业机器人运动学仿真与研究张禹。丁磊字(沈阳工业大学机械工程学院，沈阳110870)摘要：以IRBl410型工业机器人结构参数与D—H理论为基础推导机器人的运动学方程；在MatlabRoboticsToolbox环境下结合机器人连杆参数进行机器人的建模，验证运动学模型是否正确；对该机器人进行运动学仿真分析，为机器人动力学、控制及轨迹规划研究提供可靠的理论基础。关键词：工业机器人，1)一H理论；运行学仿真中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号

2、：1002—2333(2017)01—0024一04KinematicsSimulationandAnalysisof6RIndustrialRobotBasedonMatlabZHANGY11．DINGLeiyu(ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：BasedonthestructuralparametersofIRBl410industrialrobotandthetheoryofD—H，thekinematicsequ

3、ationisdeduced．ThelinkparametersoftherobotareusedtoestablishmodelinMatlabRoboticsToolbox．Correctnessofthekinematicsmodelisvalidated．Kinematicssimulationandanalysisoftherobotarecarriedout．Theresultprovidesthetheoryfoundationforthedynamics，controlandtrajector

4、yplanningresearchofrobot．Keywords：industrialrobot；D—Htheory；kinematicssimulation0引言机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，它涉及机械、电子、自动控制、人工智能等多个科学领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科的发展密切相关【11。在操作机器人时，其末端执行器必须处于合适的空间位置和姿态，而这些位姿是由机器人各关节的运动综合而成。机器人各关节变量空间和末端执行器位姿之间的关系即机器人运动学模型，这是机器

5、人运动控制和轨迹规划的基础。可见，机器人运动学研究在机器人技术中起到关键作用[21。此次研究以IRBl410型机器人为研究对象，通过D—H坐标系法建立机器人连杆模型，再借助Matlab中的Roboticstoolbox对其进行运动学的分析研究。l工业机器人运动学分析j．JD—H坐标系建立研究需对机器A的每一个连杆建立一个坐标系，利用齐次变换来描述这些坐标系间的相对位置和姿态。通过递归的方法可以求得末端件相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，即机器人的运动学方程删。根据IRBl410型机器人的结构尺寸，结合D—H

6、法创建该机器人的D—H坐标系，进而得到机器人运动学方程，为运动学的研究打下基础。D—H坐标系建立方法如下：1)原点0，设在呸与互+，轴线的交点上；2)互轴与互+。关节轴线重合，指向任意；3)X；轴沿互轴与乙，轴的公法线，方向指向离开互一，轴的方向；4)y舳由盖舳和互轴根据右手定则确定。按照上述方法建立的坐标系如图l所示。D—H坐标系中4个参数分别是连杆扭角01，连杆长度a，两连杆距离d及关节角0，其含义为：1)0i为绕互轴，从x。≤弗d6，]匝搐■嘴√拉xIY2熬图1IRBl410型机器人D—H坐标系轴旋转至

7、x；轴的角度，即关节角；2)or为绕x瑚，从五轴旋转至z／+，轴的角度，即扭转角；3)q为沿x舶，从z舶平移至互+，轴的距离，即连杆长度；4)d为沿zf轴，从x。。轴平移至x舳的距离，即连杆距离。由此可得出IRBl410型机器人各杆件的运动参数与结构参数，由表1列出。表1IRBl410机器人D—H参数1．2正运动学方程求解根据连杆i对连杆i一1相对位置的4个齐次变换以及坐标系变换的链式法则，坐标系{i—l}到坐标系{i}的变换矩阵可以写成24l2017年第1期网址：www．jxgcs．com电邮：hrbeng

8、ineer@163．comcO,s印0cblsO,scE。l0-sO,0c印af-l--SOt扣lco!sai—lca，l0机械工程师MECHANICALENGINEERq一1一disoti—ldicolPl1将表1中参数代入式(1)可得各连杆的变换矩阵如下：cOl-sOls吼c日lO0O0C03一s岛s以c岛011300l010O1c05一s侠00—1Os以c以00c02一s吃0一s岛一c吼017