基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究.pdf

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1、．信息技术．周霏，等．基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究周霏。陈富林，沈金龙，杨杏(1．南京航空航天大学机械电子工程系，江苏南京210016；2．上海航天有线电厂，上海201112)摘要：运用D—H法建立机械臂运动学方程，根据所求方程采用数值法进行分析，并用MATLAB软件时分析结果进行仿真，得到机械臂的可达工作空间图。用RoboticsToolbox对该机械臂的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行仿真，得到各关节角的位移、速度、加速度与时间关系曲线．为后续机械臂控制系统设计、动力学分

2、析以及轨迹规划等提供理论基础。关键词：运动学：仿真；工作空间；四自由度机械臂中图分类号：TP242；TP391．9文献标志码：A文章编号：1671—5276(2016)0l一0l15—05StudyofKinematicsSimulationof4一DOFManipulatorBasedonMATLABZHOUFei．C：HENFulin。SHENJinlong，YANGXin(1．NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．ShanghaiAer

3、ospaceCablePlant，Shanghai201112，China)Abstract：ThispaperusesD—Hmethodtoestablishtherobotkinematicsequation，thenusesthenumericalmethodtoanalyseitaccordingtotheequation，andusesMATLABsoftwaretosimulatetheresultsofanalysis，andgetstheworkingspacediagramofthemanipulator．Theforw

4、ard，inversekinematicsandthetrajectoryplanningaresimulatedwiththeRoboticsToolboxtoobtainthecurvesofdisplacement．velocity，andaccelerationVS，time，whichprovidethetheoreticalandreliablebasisforthesubsequentcontrolsys。temdesign，dynamicsresearchandtrajectoryplanning．Keywords：kin

5、ematics；simulation；workingspace；4-DOFmanipulator0引言1机械臂运动学分析串联机械臂是由若干关节连接在一起的杆件组成的1．1连杆坐标系和连杆参数具有多个自由度的开链型空间连杆机构。它的一端固定在基座上，另一端是执行器。用以进行抓取操作，中间由一文中研究的机械臂为四自由度串联关节型结构，由腰些杆件用活动关节串接而成。机械臂运动学就是要建立关节(腰部)、肩关节(大臂)、肘关节(小臂)以及腕关节各运动杆件关节的运动与机械臂空间的位置、姿态之间的(手腕)构成，4个关节均为转动关节。关系，从而为机械臂的

6、运动控制提供分析手段和方法_】]。根据改进的D—H_3表示法，给机械臂建立必要的坐机械臂研究的问题主要有运动学正问题和运动学逆标系，为简化运算，选取第一关节坐标系与基坐标系重合，问题两类。已知机械臂中各运动副的运动参数和杆件的建立坐标系的简化线图．如图1所示。根据机械臂的结构结构参数。求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿和连杆坐标系．可得出其连杆参数和关节变量，如表1态，是运动学正问题；已知杆件的结构参数和末端执行器所示相对于参考系的位置和姿态，求各运动副的运动参数，是运动学逆问题l2J。对机械臂进行图形仿真，可以将机械臂仿真的结果以图

7、形的形式表示出来，从而直观地显示出机械臂的运动情况，得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息．还可以从图形上看到机械臂在一定控制条件下的运动规律。采用MATLAB中自带的RoboticsToolbox工具箱，通过编制简单的程序语句，可以快速完成运动学分析及仿真、轨迹规划等任务。图1坐标系简化线图作者简介：周靠(1990一)，女，江苏江阴人，硕士研究生，研究方向为机器人运动控制及轨迹规划。MachineBuildingAutomation，Feb2016，45(J)：115-119·1l5··信息技术·周霏，等·基于MATLAB的

8、四自由度机械臂运动学仿真研究表1连杆D—H参数表角分别为：01=arctan2(p，P)(2)02：-arccos](3)03=一arccos(一a；)一02(4)rc【a2＼、](5)n：／