基于包络法六自由度工业机器人工作空间的分析.pdf

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1、机械设计与制造第10期164MachineryDesign&Manufacture2010年10月文章编号：1001—3997(2010)10—0164—02基于包络法六自由度工业机器人工作空间的分析冰张鹏程张铁(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)Studyonworkspaceanalysisof6rrobotbasedonenvelopemethodZHANGPeng—cheng，ZHANGTie(CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzho

2、u510640，China)÷【摘要】论述六自由度工业机器人工作空间的问题，利用基于分组解法的包络理论求解两次包络得÷；理论上的工作空间包络面方程，进行混合编程仿真，将求解工作空间的Matlab仿真程序嵌入到c#控制界；；面中，从而在控制系统界面中得到工作空间二维视图，求出机械手的最大工作范围，为机器人示教和轨迹规；：划提供了理论依据。：关键词：六自由度工业机器人；工作空间；包络法；混合编程仿真【Abstract】Discussingtheworkspaceofthe6一Rindustrialrobot．Usingenvelopemethodbasedon÷solutionbygrou

3、ptosolvethetheoreticalworkspaceandthenemulatingwithmixed-languageprogramming．÷÷eMatlabprogramoftheworkspacehasbeenembeddedintoprograminterface．Sothetwo-plane÷：projectionsoftheworkspaceincontrolsysteminterfaceshowthelargestworkingscopeandprovideareliable：；：basisfortherobotteachingandtrajectory．；●

4、●Keywords：6-Rindustrialrobot；Workspaceofrobot；Envelopemethod；Mixed-language●●：●：programming●⋯·●⋯·●⋯·●⋯·中图分类号：TH16文献标识码：A1引言2工作空间理想情况下的计算B．Roth在1975年提出工作空间的概念，此后在机器人学和2．1坐标系的建立及末端位置向量的求解机构学引起广泛讨论。机器人机构的工作空间是机器人末端在空六自由度工业机器人由一系列的转动关节连接的连杆构间所达到的位置的集合，工作空间的大小代表机械手的活动范成。给每个连杆赋予一个坐标系采用D—H方法，然后建立连杆参围，是

5、机器人的主要参考指标之一，在结构设计、运动学分析、轨数，如表l所示。迹规划中有重要意义。一般来说，工作空间有两个基本问题：首先表16一R机器人连杆参数表对于具有规定关节变量变化范围、一定结构形式或结构参数的机器人如何求解其工作空间，称为工作空间分析或工作空间正问题。其次，给出一定的工作空间，确定机器人的结构形式、参数和关节变量的变化范围，称为机器人的综合或工作空间的逆问题。本文所研究的六自由度工业机器人结构示意，如图1所示，其后三关节轴线相交于一点。机器人工作空间正问题的求解方法根据表1建立机器人的D—H坐标系及齐次变换矩阵为，主要有图解法、解析法和数值法。其中解析法又分为根据包络理c

6、l100I。330论确定界限曲面和根据求解奇异曲面确定界限曲面两种方式。数slc10013C300值法是以极值理论与优化方法为基础，有代表性的是：搜索方法20010}O010(二进制图像法，极值法)和迭代法。本文基于文献}晰述的分组解0001l0001法的包络法求解所研制的机器人的工作空间。c440a3005500-1OOlO4C4005_c500000l0001根据正解求得机器人手腕末端点在基坐标中的位置向量。在此只需要末端点的空间位置，因此不考虑末端姿态。第六杆末图1D—H坐标端点记为(，P．，)，由D—H运动学正解方程得末端点在基础坐★来稿日期：2009—12—9★基金项目：国家

7、863高技术计划重点项目，粤港联合招标项目第1O期张鹏程等：基于包络法六自由度工业机器人工作空间的分析165f]iCl+cls23d4+cl(C2az。1)3工作空间的仿真标系中的位置向量为，1l=81C23怕1823以。(C2a．2+a。)【(2)首先在Madab中仿真，其次将Matlab程序嵌入到c#界面】s一c，吐怕a2J中，实现}昆合仿真，最终目标在c#界面中输入参数，工作空间图记：Sl⋯6、s23、C23分别为sin(01)⋯sin(