基于机械臂的运动学研究与应用.pdf

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1、机械设计与制造第7期136MachineryDesign&Manufacture2011年7月文章编号：100l一3997(2011)07—0136—02基于机械臂的运动学研究与应用彭圣明裴海龙王清阳(华南理工大学自动化科学与工程学院，广州510640)KinematicsstudyandapplicationbasedonrobotarmPENGSheng-ming，PEIHai-long，WANGQing-yang(CollegeofAutomationScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzh

2、ou510640，China1【摘要】传统的机械臂控制算法都需要进行运动学的正解与逆解。通过这两种方法进行直角坐j标和关节坐标两者之间的转换，然后通过关节空间的轨迹规划过程给出各个关节电机的进给量，驱动{其运动，完成既定的动作。然而，运动学的正逆解需要进行大量的数学运算。因此不但对硬件要求高，而：且花费时间长，影响了实时性。有鉴于此，研究针对后三关节交于一点的六自由度机器人，利用旋量理{论建立运动模型，成功实现六自由度机器人的运动控制。i关键词：机器臂；运动学；旋量理论{【Abstract】Usuallyarithmeticfortraditionalmanipulatorcon

3、trolrequires0positivesolutionandin一2versesolutionforkinematics，throughwhichtheconversionbetweencartesiancoordinatesandjointcoordi一Zhatesiscompleted．Andthentheloadofthemotorofvariousjointsisprovidedthroughpathpanningprocess{ofthejointsspacetodriveitsongoingcampaigntocompleteitsaction．However，t

4、oobtainthepositivesoZu-；tionandinversesolutionforkinematics，。largem；mberofarithmeticaloperationsisrequired．Therefore，not{onlyrequirementforhardwareis恸，6alsoitta~es0longtime，whichmayayeetthereal-time．Forthis《reason，specctosixdegreesfreedomrobotwith。post-threejointsmeetingatonepoint，byapplying￡

5、；■screwtheory，motionmodelisestablishedand口6-DOFrobDtmotiocontrolisachiedcce．，z2；Keywords：Robotarm；Kinematics；Screwtheory；中图分类号：TH16，TP241．2文献标识码：A1引言角。而两连杆之间关系则由连杆的偏置与公共轴上的两公法线之间的夹角所决定。生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。时至今日，机电—体化、机械智能化等技术应运而生并成为了时代的主旋律，极大的促进了^、类社会的进步，而工业机器^直用于生产中则是在人类利用机械i亍生产

6、的路程上创造了一个新的丰碑。当今社会，尤其是在发达国家，工业机器人，也就是机械臂，已经被广泛应用于自动装配、组合或者抽取物品等一些具有危险性且不适于人力担负的作业上。在机械手臂的自动化的控制上，实时性是非常重要的，如何运用简单、有效的算法控制柳器^运动显得尤为重要。运动学是研究运动的几何关系的学科。在这里，我们研究的图1连杆运动学描述机械臂是串联机器人，其结构可以看成—个开式运动链，它是由一系由上所述，每个连杆由4个参数所描述，其中2个描述自列连杆通过转动或者移动关节串连接而成的，通过驱动器驱动关节身，另外两个描述连杆与相邻连杆之间的连接关系。对于旋转关进行转动，从而形成相对运动

7、，最终导致连杆的运动，使手爪到达所节，0是关节变量，其他3个保持不变，称为连杆参数。对于移动规划的位姿。而在轨迹规划时，人们最感兴趣的就是如何建立从直关节，d是关节变量，其他3个固定不变。角坐标到关节坐标的映射，在以下的几节里我们讲述一种方法。3机器臂运动学方程的建立2机器臂的运动学描述建立机械臂的坐标转换的实质是和齐次变换矩阵表示相邻传统的机器臂都是由连杆与关节组成，连杆的运动学功能两轴坐标系之间的相对位姿和运动关系。让将这些矩阵依次相乘在于保持两端的关节轴线具有固定的几何关系