基于MATLAB 的七自由度机器人运动学及工作空间仿真-论文.pdf

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1、设计计算的七自由度机器人运动学及工作空间仿真徐小龙，高锦宏，王殿君，张立平(1．北京化工大学机电工程学院，北京100029；2．北京石油化工学院机械工程学院，北京102617)摘要：在充分调研国内外先进机器人构型设计的基础上，设计出一种基于UG三维建模的七自由度机器人。基于I)_H矩阵理论，建立了七自由度机器人的正运动学方程。基于MATLAB软件，采用了随机抽样的数值方法。针对本体结构和运动方式特征，分析了七自由度机器人的工作空间，得到了其末端的工作空间点云图。仿真结果表明，用蒙特卡洛法分析七自由度机器人的工作空间变化平缓，无突兀现象，从而验证了结构设计的合理性，对

2、其后期的结构及其控制系统的优化设计提供了依据。关键词：机器人；运动学；MATLAB；蒙特卡洛法；工作空间中图分类号：TP241．2文献标志码：AKinematicAnalysisandSimulationof7-DOFWeldingRobotbasedonMATLABXUXiaolong，GAOJinhong，WANGDianjun，ZHANGLiping(1．MechanicalandElectricalEngineering，BeringUniversityofChemicalTechnology，Bering100029，China；2．MechanicalE

3、ngineeringAcademy，BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology，Beijing102617，China)Abstract：Onthebasisofthefullinvestigationofadvancedweldingrobotconfigurationdesign，designeda7-DOFweld—ingrobotbasedonUGthree—dimensionalmodeling．TheforwardequationofkinematicswasbuiltbasedontheI)IHmatrixacc

4、ordingtothebodystructureandmotionfeaturesof7-DOFweldingrobots．Theworkspaceofmanipulatorwasanalyzedbynumericalmethodsforrandomsampling．ThecloudpicturewascompletedbasedonMATLAB．Simulationresultsshowedthattheexperimentalresultsindicatedthatbyusingnumericalmethodsforrandomsamplingtheanalys

5、isofweldro—botworkspacechangedsmoothlywithoutimpact．whichconfirmedthereasonablenessofstructuraldesign。andprovidedthebasisforoptimaldesignofrobotcontrolsystemandstructuraldesignofthelatter．Keywords：robot，kinematic，MATLAB，MonteCarlomethod，workspace由于对关节型串联七自由度机器人运用了复杂1七自由度机器人运动学模型的构建的正、逆

6、运动学理论，使其具有了严重的非线性口_3_，而且由于存在多个输入，又使其具有了复杂的耦合1．1七自由度机器人关节结构性。对七自由度机器人运动学分析和简化是动态分七自由度机器人的机械结构是由腰部、大臂、小臂析的基础，其运动控制、离线仿真和轨迹规划需要以和手腕组成，共有7个关节，各关节均为转动关节，关运动学分析作为其理论依据_4]。七自由度机器人节驱动装置均为交流伺服电动机，其控制核心为的运动学是求解机器人关节变量与末端执行器位姿PMAC运动控制卡。在控制系统软、硬件的控制下，可的函数关系[6]，在忽略各个关节的受力、力矩和质量以使七自由度机器人末端手爪按照预设的空间轨

7、迹运等因素的前提下，利用运动学求解各关节的位移、速动，实现末端执行器的不同功能。七自由度机器人的度和加速度。七自由度机器人末端手爪上的基准点UG三维图如图1所示。相对于基准坐标系所能达到的空间点的集合，构成了其的工作空间，工作空间范围的大小是衡量其工作能力的一个重要的运动学指标_7]。本文使用数值法求解七自由度机器人的工作空间。数值法是以极值理论和优化方法为基础，利用计算机的运算速度快和图形显示便捷等能力，得到七自由度机器人工作空间的特征点的集合，用这些特征点构成七自由度机器人的边界曲面。本文使用三维绘图工具(uG)，建立七自由度机器人的机械本体模型，使用随机抽