可重构模块化机器人正运动学和工作空间的分析.pdf

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1、机械设计与制造第l0期146MachineryDesign&Manufacture2010年10月文苹编号：1001—3997(2010)10—0146—02黧可重构模块化机器人正运动学和工作空间的分析术：舀：张艳丽车金峰李树军·(’沈阳航空工业学院机电工程学院，沈阳110136)0(东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110004)(。机器人学国家重点实验室，沈阳110004)Kinematicandworkspace’SanalysisofreconfigurablemodularrobotsZHANGYan—h一．CHEJing—feng．LIShu-jun，(SchoolofElec

2、tromechanicalEngineering，ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering，Shenyang110136，China)(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang110004，China)(StateKeyLaboratoryofRobotics，Shenyang110004，China)㈣㈨⋯㈨¨。‘◇‘。‘。州()⋯mo‘◇。。Ⅲ。。o‘。。。’◇。()¨‘◇。。¨。。。。()㈨j【摘要】采用DH矩阵方法对可重构模块化机器

3、人正运动学进行分析，得出了机器人末端执行器的：；位姿矩阵；对于可重构模块机器人工作空间的分析，采用DH矩阵中旋转矩阵与位置向量的数学关系得出：机器人末端执行器的位置向量公式，使用MATLAB编程计算和绘制出工作空间图。j关键词：废可重构；模块化机器人；正运动学；工作空间【Abstract】Forwardkinematicsofreconfigurablemodularrobotsisana1)zedbyD—Hmatrix，bywhich?obtainspositionandattitudematrixoftherobot’sterminalactuator．Workingspacesofr

4、econfigurablemodulari；robotsisanalyzedbymathematicalrelationofrotarymatrixandpositionalvectorintheD—Hmatrix，whichgetsj；positionalvectorequatior~MATLABisadoptedtocalculationanddrawingthediagramsofworkingspaces．；Keywords：Reconfiguration；Modularrobot；Forwardkinematics；Workingspaces：中图分类号：TH112文献标识码：A

5、可重构模块化机器人是由一套具有各种尺寸和性能特征的当模块与接El1和接口4相连接就变成了具有同轴功能的可交换的模块组成，通过对模块进行不同的组合就能装配出各回转模块如图1所示。该回转模块输出端和输入端的轴线必须是种不同构形的机器人来适应不同的工作需要。由于可重构模块重合的，而且其他两个坐标轴对应是平行的，即回转模块的初始化机器人拓扑结构型式的多样，研究运动学的计算方法对该机器旋转角度为零度，第i个回转模块的变换矩阵r，()为：人发展起着至关重要的作用。对于正运动学求解，采用DH矩阵COS01-sin000分别对各个关节模块建立DH运动学转换矩阵，应用软件sin0icos0OOT(0)=(2

6、)MATLAB设计的界面求解任意自由度小于等于六自由度可重构001D‘模块化机器人的末端点位姿矩阵。用各个模块的DH矩阵中的转0OOl动矩阵R和位移向量P对机器人末端点位姿矩阵的特殊关系，当模块与接口2和接口4相连接的顺序不同有不同的变换求解机器人的工作空间。矩阵，如图2所示，是接口4是输人端而接口2是输出端；如图31正运动学分析所示，是接口2是输入端而接口4是输出端。该回转模块输出端根据DH参数矩阵方法、机器人构型和各模块运动学几何和输入端的轴线是相互垂直的，接口2和接口4的坐标轴X、Y参数得机器人的末端执行器的位姿矩阵：是平行的，即回转模块的初始旋转角度为零度，对应于图2和图To=7'

7、(，J)T(q。)T(L)(q)r(L：)。一T(q)L)(1)3的第个回转模块的变换矩阵T(Oi)分别为：式中：r(L)一基础模块的变换矩阵；(L)一末端执行器的变cosOi0sin0-dsin0sin00—cos-dCOSOi换矩阵；T(q)一关节模块的变换矩阵；T(L)一连杆模块．(3)T(0，)=的变换矩阵。01lD1．1模块的变换矩阵00011．1．1关节模块变换矩阵cos0一sin000(1)转动模块变换矩阵