工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

1、工業(yè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)綜合分析和解決本專業(yè)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。2. 設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容通過查閱文獻(xiàn)了解機(jī)械手的工作原理，機(jī)械手的常見控制程序及方法等信息 結(jié)合模塊化六自由度機(jī)械手，對(duì)七自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)完成相關(guān)工作。3. 主要參考文獻(xiàn)1 徐達(dá)及.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程.M冶金工業(yè)出版社，1999.2 徐元昌.工業(yè)機(jī)器人.M中國輕工業(yè)出版社，1999.3 程憲平.機(jī)電傳動(dòng)與控制（第三版）.M華中科技大學(xué)出版社，2010.94 孫恒.

2、陳作模，葛文杰.機(jī)械原理（續(xù)）.M煤炭工程，19884.進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起止日期畢業(yè)論文準(zhǔn)備2013年9月10日-2014年11月1日確定論文選題2013年11月1日-2014年12月1日開題（提交開題報(bào)告及任務(wù)書）2013年3月1日-2014年3月10日中期檢查、修改及訂稿2013年4月26日-2014年6月5日進(jìn)行畢業(yè)答辯2013年6月22日-2014年6月23日工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生 產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此， 裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性， 工業(yè)

3、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)這些工序的 自動(dòng)化而顯得尤為重要。機(jī)械手通常是由一系列連桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組合而成的空間開式鏈， 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的 運(yùn)動(dòng)， 完成規(guī)定的操作。 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)， 描述這些連桿之間以及它們和 操作對(duì)象（工件或工具 ）之間的相對(duì)位置關(guān)系， 建立空間坐標(biāo)系。 機(jī)械手坐標(biāo)系建立的 方法常用的是 D-H 方法。通過求逆解得出所需結(jié)果。關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，模塊化，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)Industrial robot motion designAbstract: The modern industry, the production process of mechanization and auto

4、mation has become a prominent theme. Chemical and other continuous production process automation has been largely resolved. But in the machinery industry, processing, assembly and other production is not continuous. Therefore, handling, transport and other processes of the urgency of mechanization,

5、industrial robot motion design is to achieve the automation of these processes is particularly important.Robot is usually caused by a series of connecting rod and the corresponding kinematic pair combination space open chain, to achieve complex motion and complete the operation.The use of robot kine

6、matics design, by describing the operation of the link between them and the object and (workpiece or tool) the relative positional relationship between the established space coordinates. Robot coordinate system established methods commonly used method D-H. Obtained by calculating the inverse desired

7、 results.Keywords: robot, modular, motion design1目錄I1 緒論1.1機(jī)械手簡史1.2工業(yè)機(jī)械手的分類及組成1.3工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)1.4模塊化機(jī)械手的作用及不足1.5機(jī)械手應(yīng)用意義及研究內(nèi)容2 七軸新型智能機(jī)械人手臂2.1 EF-IRC-I機(jī)械手應(yīng)用前景及應(yīng)用領(lǐng)域2.2 EF-IRC-I機(jī)械手相關(guān)參數(shù)102.3 EF-IRC-I機(jī)械手特色1.1.2.4 EF-IRC-I七軸機(jī)器手設(shè)備說明122.4.1 七個(gè)關(guān)節(jié)的名稱、位置及動(dòng)作122.4.2 機(jī)器人技術(shù)參數(shù)142.5 EF-IRC-I 機(jī)器人狀態(tài)與編程步驟152.5.1 輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)概念162.5

8、.2 運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)狀態(tài)173 機(jī)器人坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析183.1 建坐標(biāo)系原理及步驟183.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析233.2.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)原理233.2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)步驟243.3 機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析274 實(shí)驗(yàn)仿真31結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致謝371 緒論工業(yè)機(jī)械手是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)抓取、操作裝置(國內(nèi)一般 稱作機(jī)械手或者專用機(jī)械手) ，是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一現(xiàn)新技術(shù)，并已 成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐 漸形成一門新興的學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器 1 ，他有多個(gè)自由度， 可以搬運(yùn)物體以完成在不同

9、環(huán)境中的工作。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單， 專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操 作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手” ，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī) 械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小 批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20世紀(jì) 50年代初，是基 于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的 柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一，它能 部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序，時(shí)間 和位置來完成弓箭的傳送和裝卸；其三，

10、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配， 從而大大地改善工人的勞動(dòng)條件，現(xiàn)住地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn) 機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐 .因而，受到先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量的人力物力 加以研究和應(yīng)用，尤其是在高溫，高壓，粉塵，噪音以及帶有放射性和污染的 場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效 果，收到機(jī)械工業(yè)和其它工業(yè)部門的重視。1.1 機(jī)械手簡史1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。(1) 1954年USA工程師德爾沃最早提出機(jī)械人的概念；(2) 1959年USA德爾沃與英格伯制造了世界上的第一臺(tái)機(jī)械人；(3) 1962年USA正式將機(jī)械人的使用性提出來，

11、且制造出類似人的手臂;（4）1967年JAN成立了人工手研究會(huì)，并召開了首屆機(jī)械手學(xué)術(shù)會(huì)；（5）1970年在USA召開了第一屆工業(yè)機(jī)械人學(xué)術(shù)會(huì)，并的到迅速普及；（6） 1973年辛辛那提公司制造出第一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)控制的的工業(yè)機(jī)械人，當(dāng)時(shí) 是液壓驅(qū)動(dòng)，能載重大成就45KG（7）到1980年在JAN得到普及，并定為“機(jī)械人元年”此后在日本機(jī)械人得 到了前所未有的發(fā)展與提升，在就是后來到臺(tái)灣再到大陸。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、 觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋， 使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。第三代

12、機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì) 算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing system和柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell）中重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分 活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。1.2工業(yè)機(jī)械手的分類及組成機(jī)械手一般分為三類2:第一類是需要人工操做的，稱為操作機(jī)，如圖2.1。 它起源于軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電 訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也

13、屬于這一范疇。圖1.1 操作機(jī)械手第二類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，如圖 2.2。它是一種獨(dú)立的不附屬 于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。 它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。1 一bls圖2.2 通用機(jī)械手圖2.3模塊化機(jī)械手45主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床第三類是用專用機(jī)械手，上下料和工件送如圖2.3。它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本次運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)所用的機(jī)械手為第三類（模塊化機(jī)械手）工業(yè)機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成組成關(guān)系3 如下：1.3

14、工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)45 0工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)主要分為執(zhí)行系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手完成握取工件(或者工具)實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)的 機(jī)械部件，包括以下幾個(gè)部分：(1) 手部：是工業(yè)機(jī)械手直接與工件(或者工具)的部件。有些工業(yè)機(jī)械手 直接將工具(如焊槍、噴槍、容器)裝在手部位置，而不再設(shè)置手部。(2) 腕部：是工業(yè)機(jī)械手中聯(lián)接手部與臂部、主要用來確定手部工作位置并 擴(kuò)大臂部動(dòng)作范圍的部件。有些專用機(jī)械手沒有手腕部件，而是直接將手部安 裝在臂部的端部。(3) 臂部：是工業(yè)機(jī)械手用來支承腕部和手部實(shí)現(xiàn)較大運(yùn)動(dòng)范圍的部件。(4) 機(jī)身：是工業(yè)機(jī)械手用來支承手臂部件，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他

15、裝置的 部件。專用機(jī)械手一般將臂部裝在主機(jī)上，成為主機(jī)的附屬裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有四種 :液壓式、氣壓式、電氣式 和機(jī)械式。(1) 液壓式：液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利 用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng) 6 ；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、 油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、 體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。 缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。(2) 氣壓式：氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣

16、壓馬達(dá)、氣閥等。一般采 用 4-6 個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到 8-10 個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單， 成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置 的停止，速度不易控制、響應(yīng)慢、動(dòng)作不平穩(wěn)、有沖擊，只能用于點(diǎn)位控制， 而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng) 裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。(3) 電氣式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為 動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母 機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號(hào)傳遞運(yùn)算容易、響應(yīng)快、 驅(qū)動(dòng)力較大，適用于中小型工業(yè)機(jī)械手。但是

17、必須要使用減速機(jī)構(gòu)(如齒輪減 速器、諧波齒輪減速器等) ，所需要的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)、 DC 伺服電機(jī)和 AC 伺 服電機(jī)等。(4)機(jī)械式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪、齒輪齒條、連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，適用于專一簡單的機(jī)械手。這種方式結(jié)構(gòu)比較龐大。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī) 定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制， 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。就其控制方式，可分為分散控制與集中控制兩種 類型。若以控制的運(yùn)動(dòng)軌跡來分，原則上分為兩種 78 ：(1) 點(diǎn)位控制：主要控制空間兩點(diǎn)或者有限多個(gè)點(diǎn)的空間位置，而對(duì)其運(yùn)動(dòng) 路徑?jīng)]有要求。

18、專用機(jī)械手絕大多數(shù)均采用這種點(diǎn)位控制方式。為本機(jī)械手的 控制方式。(2) 連續(xù)軌跡控制：是用連續(xù)的信息對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的任意位置進(jìn)行控制，其運(yùn) 動(dòng)軌跡是連續(xù)的。對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡有要求的工業(yè)機(jī)械手需要連續(xù)軌跡控制，如電弧 焊、切割等。1.4 模塊化機(jī)械手的作用及不足最終要獲得能基本滿足各種不同功能的需要模塊化的功能是由各模塊組合后體現(xiàn)的，故不同功能模塊經(jīng)組合后體現(xiàn)不 同的功能?？偟膩碚f，模塊系統(tǒng)是多功能的，這種不同的功能，也可以體現(xiàn)在 性能的不同 9 。模塊化的可分性 模塊化系統(tǒng)可分為若干個(gè)模塊，而每個(gè)模塊均有其獨(dú)立性，可用計(jì)算機(jī)對(duì) 模塊庫進(jìn)行建立和管理，也非常有利于維修。模塊化的作用如下幾點(diǎn) ：1)2)5

19、)6)由原單一功能產(chǎn)品變成多功能產(chǎn)品； 便于應(yīng)用 CAD 等成組技術(shù)； 增加批量，降低成本，大大縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造周期； 便于計(jì)算機(jī)管理；增強(qiáng)在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭能力； 便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。目前實(shí)現(xiàn)功能及不足 :目前該機(jī)械手能運(yùn)動(dòng)如下： 單個(gè)模塊的控制運(yùn)動(dòng)； 速度模式下的單個(gè)模塊運(yùn)動(dòng)； 位置模式下的單個(gè)模塊運(yùn)動(dòng)； 只能在復(fù)位時(shí)候進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)； 目前機(jī)械手臂能讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制原理和機(jī)2)3)4)(5) 械手運(yùn)動(dòng)的原理。(6)現(xiàn)在由于該機(jī)械手臂不能連續(xù)運(yùn)動(dòng)，不能符合工業(yè)生產(chǎn)線上的要求， 但是該機(jī)械手的二次開發(fā)空間非常大，我們可以根據(jù)自己的想法來編寫相應(yīng)程序進(jìn)行二次開發(fā)，讓它符合我

20、們要求的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而符合工業(yè)上的要求。1.5 機(jī)械手應(yīng)用意義及研究內(nèi)容機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下 10 ：(1)以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)應(yīng)用化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的 裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。(2) 以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中， 用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的， 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以 避免由于操

21、作疲勞或疏忽而造成的人身事故。(3) 可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng) 用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床 的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都是機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn) 的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù) 性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是 不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn) 這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改

22、善熱、 累等勞動(dòng)條件。國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減 輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要針對(duì)模塊機(jī)械手進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，對(duì)照工業(yè)生產(chǎn)線 上的機(jī)械手的工作模式進(jìn)行模擬，主要工作內(nèi)容：(1)通過查閱有關(guān)資料，詳細(xì)了解工業(yè)機(jī)械手的各個(gè)部分，并通過了解機(jī)械手的工作原理，知道在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程中的相互聯(lián)系。（2）機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。機(jī)械手通常是由一系列連桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組合而成的空間開式鏈，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，完成規(guī)定的操作。因此，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 描述的第一步，自然是描述這些連桿之間以及它們和操作對(duì)象 （工件或工具 ）之間 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。假定這些連桿和運(yùn)動(dòng)副都是剛性

23、的，描述剛體的位置 和姿態(tài) （簡稱位姿 ）的方法基于 D-H 矩陣：首先規(guī)定一個(gè)直角坐標(biāo)系， 相對(duì)于該坐標(biāo)系， 點(diǎn)的位置可 以用3維列向量表示；剛體的方位可用 3X3的旋轉(zhuǎn)矩陣來表示， 而4X4的齊次變換矩陣則可 將剛體位置和姿態(tài)（位姿）的描述統(tǒng)一起來。通過運(yùn) 動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)，即可得出逆解，完成相關(guān)工作。2 七軸新型智能機(jī)械人手臂2.1 EF-IRC-I 機(jī)械手應(yīng)用前景及應(yīng)用領(lǐng)域EF-IRC-I 機(jī)械手是一種由一套具有各種尺寸和性能特征的可交替的模塊組 成的智能機(jī)械手，能夠被裝配成各種不同構(gòu)型的機(jī)器人。 EF-IRC-I 機(jī)械手為串 聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人，串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)器人是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域在汽車、焊接、碼

24、垛等領(lǐng) 域應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)機(jī)器人類型，而模塊化機(jī)器人正是體現(xiàn)工業(yè)串聯(lián)機(jī)器人 的特征與功能 11。EF-IRC-I 機(jī)械手是一種典型的工業(yè)機(jī)器人，在自動(dòng)搬運(yùn)、焊接、噴涂、裝 配等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)方法在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都體現(xiàn)了 強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，模塊化具有獨(dú)立性、功能性、成組性的優(yōu)點(diǎn)，其組合具備很強(qiáng)的 目的性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，模塊接口在互換性的基礎(chǔ)上兼顧界面穩(wěn)定性 與參數(shù)的一致性，模塊化設(shè)計(jì)能減少工作量、縮短研制周期減少生產(chǎn)成本以及 改善系統(tǒng)，易于維護(hù)，因此模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)器人技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用并 取得很好的效果。EF-IRC-I 機(jī)械手具有極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：(1) 工業(yè)

25、機(jī)器人領(lǐng)域EF-IRC-I 機(jī)械手可方便的拓展工業(yè)生產(chǎn)線用機(jī)械手，用于完成某一重復(fù)性 的操作動(dòng)作，并進(jìn)而降低勞動(dòng)力成本及人為失誤，降低人工作產(chǎn)生的危險(xiǎn)動(dòng)作 系數(shù)。(2) 擬人機(jī)械手EF-IRC-I 機(jī)械手可作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)和擬人機(jī)器人相配合，作為機(jī)器人 的手臂完成人類手臂同等的各種簡單及復(fù)雜的操作，用于老人或病人的輔助護(hù) 理工作。(3) 特殊環(huán)境的操作EF-IRC-I 機(jī)械手可安裝在移動(dòng)載體上，通過無線控制使其達(dá)到人類難以勝 任的環(huán)境進(jìn)行操作任務(wù)。根據(jù)安裝的不同末端控制器件， EF-IRC-I 機(jī)械手可完成諸如“抓、放、擰、定、貼、擦、刮、噴刷”等動(dòng)作。(4) 配合視覺系統(tǒng)的自主操作EF-I

26、RC-I機(jī)械手可配置一套視覺系統(tǒng)，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能化程度,使其能夠完成高復(fù)雜度的自主判斷動(dòng)作。(5)教學(xué)科研系統(tǒng)利用系統(tǒng)配備的上述SDK軟件包，EF-IRC-I機(jī)械手可作為教學(xué)、科研設(shè)備,用于機(jī)器人的教學(xué)及算法研發(fā)。2.2 EF-IRC-I機(jī)械手相關(guān)參數(shù)模塊數(shù):！總組合自由晨豹驅(qū)動(dòng)方式采用高品馬PMDC伺服齒輪;1速2達(dá)* 高性能，高智能執(zhí)行器能夠反饋位 速度、電壓不匡昌度的信息*總組合膜塊化機(jī)署人可搬質(zhì)量氣動(dòng)手爪1. Ok?杲大動(dòng)作范圍肩基咄關(guān)節(jié)aoo'*肩慚卬1E0'肩偏航：5呃"肘俯仰仙“腕偏航泅“腕俯仰加酹瓠定負(fù)荷1000克最大有效負(fù)荷1200克額定速

27、度米，'蔽高旳厘米i審展4S厘米 重復(fù)精度0Z厘米圖2.5 機(jī)械人手臂相關(guān)參數(shù)EF-IRC-I機(jī)械手是機(jī)器人研發(fā)的最新成果，它是一種創(chuàng)新的具有7自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)。由7個(gè)基本模塊組成，模塊從1到7關(guān)節(jié)逐節(jié)組合。每一個(gè)模塊單獨(dú)可以控制運(yùn)行，7個(gè)模塊組合之后構(gòu)成工業(yè)串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人形式。EF-IRC-I機(jī)械手末端安裝手抓，取放工作、裝配操作等任務(wù)。其杰出設(shè)計(jì)利用多自由度結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)越性，使手臂能在三維立體空間內(nèi)做出各種類似人類手臂的彎曲、 伸展動(dòng)作，進(jìn)而避開障礙物完成任務(wù)。EF-IRC-I機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)可獨(dú)立控制 以確保手臂運(yùn)動(dòng)的流暢性、快速性、精確性及可重復(fù)性。2.3 EF-IRC-I 機(jī)

28、械手特色（1）開發(fā)式驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行器結(jié)構(gòu)EF-IRC-I機(jī)械手關(guān)節(jié)采用高品質(zhì)PMDC伺服齒輪減速馬達(dá)組成。PMDC伺服齒輪減速馬達(dá)具有高性能、高精度、高扭矩特點(diǎn)的同時(shí)還具備能夠?qū)崟r(shí)反饋電機(jī)位置、速度、電壓和溫度等重要信息，便于7軸機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)高精度控制的最有閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。EF-IRC-I機(jī)械手采用模塊化設(shè)計(jì)，組合拆裝方便。（2）靈活的電子控制EF-IRC-I機(jī)械手內(nèi)置有一個(gè)通道伺服控制器，除了用于控制7個(gè)自由度的操作外，多余的通道可以用來控制其他的末端設(shè)備。多通道伺服控制器可通過 USB接口、由網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)通訊接和PC進(jìn)行通訊以完成系統(tǒng)仿真及置配操作。整體控制靈活，方便二次開發(fā)。（3）完善的教

29、學(xué)開發(fā)環(huán)境EF-IRC-I機(jī)械手系統(tǒng)軟件包括一個(gè)3D（3維立體視覺）GUI （圖形學(xué)生接 口）軟件包，XML列表軟件包及 SDK軟件包。3D GUI軟件包給學(xué)生一個(gè) EF-IRC-I機(jī)械手系統(tǒng)的3維立體圖形仿真環(huán)境12。Jn1圖2.6機(jī)械手3維立體仿真環(huán)境(4) 教學(xué)特點(diǎn)EF-IRC-I機(jī)械手在原有技術(shù)上增設(shè)多種控制模式一軟件控制、編程控制、手動(dòng)控制，3D仿真，真正實(shí)現(xiàn)控制的多樣化，能夠熟練掌握其結(jié)構(gòu)、原理。2.4 EF-IRC-I七軸機(jī)器手設(shè)備說明EF-IRC-I機(jī)械手技術(shù)參數(shù)Energid七軸機(jī)械手臂由7個(gè)關(guān)節(jié)和一個(gè)抓手組成。實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)和抓手功能的 硬件是舵機(jī)，因此，Energid七軸機(jī)械臂

30、有8個(gè)舵機(jī)。通過程序直接控制這 8個(gè) 舵機(jī)，可以讓機(jī)械手做出類似于人手的各個(gè)動(dòng)作。241七個(gè)關(guān)節(jié)的名稱、位置及動(dòng)作能黃韋施藝iZIbm? EfiU).圖2.7機(jī)械手臂七個(gè)關(guān)節(jié)的名稱、位置及動(dòng)作順關(guān)節(jié)仰W t的StPtil).Ft關(guān)節(jié)刪qj （EDbfjwmi（HIM爛璃”縫per）根據(jù)7個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線，結(jié)合下圖就能夠直觀的想象出機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)在空 間的動(dòng)作，從而能夠理解關(guān)節(jié)動(dòng)作術(shù)語的直觀意義。關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)之間的連接稱之為 LINK，根據(jù)D-H參數(shù)表達(dá)方法，LINK的編號(hào)從0開始，關(guān)節(jié)的編號(hào)從1開始13 0砒節(jié)«輕m 7 （Join?）.聽沖節(jié)fhp IWPldic 關(guān)節(jié) 6 （Joi

31、ned .聽黃節(jié)侗航（VftEtVw關(guān)T 5山丘第，LIHE4.,時(shí)背節(jié)fff® （E3b（w Pid止戔節(jié)4 口血4）.LIHE2+ 1IHE.I於茂節(jié)確切1 swiff Pidi）：丸節(jié)2 （】血2）rt克節(jié)賞轉(zhuǎn)tEttxwmz知3（用竝菇.LIHB5+LIHK7,LIHKfl.,眉帥（1爛（aifflilderEDlO；如（JwntD .FK_141"（122.'-_一du仰桃亦SJ,F? USB|#D（ESE2）SO i|圖2.8機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線以及尺寸（單位:mm表2.1關(guān)節(jié)角度限制關(guān)節(jié)名稱順時(shí)針角度限制逆時(shí)針角度限制單位（度）單位（弧度）單位（度）

32、單位（弧度）肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)Shoulder Roll348*C348*R3748*C3748*R肩關(guān)節(jié)俯仰Shoulder Pitch788*C788*R3308*C3308*R肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)ElbowRoll348*C348*R3748*C3748*R肘關(guān)節(jié)俯仰ElbowP itch788*C788*R3308*C3308*R腕關(guān)節(jié)偏航WristYaw788*C788*R3308*C3308*R腕關(guān)節(jié)俯仰WristP itch848*C848*R3248*C3248*R腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)WristRoll348*C348*R3748*C3748*R手指004095*C4095*R242機(jī)器人技術(shù)參數(shù)1)2)

33、3)4)機(jī)械手臂垂直最大長度：53.4cm （從基座到頂端）機(jī)械手臂水平最大長度：48cm重復(fù)性位置精度：+/-0.5mm手指最大張度：3.5cm說明：系數(shù)C=360-4096 ;系數(shù) R=2Xn- 4096;表2.2七軸機(jī)械手臂標(biāo)準(zhǔn)D-H參數(shù)表LINKalp haAthetaDJoint typeOffset an gle1n /200120R02n /2000R03-n /200140.8Rn4-n /271.800Rn /25n /271.800Rn6-n /2000Rn /27000139.6R0說明:Alpha : a角，Link twist , D-H參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱。表中單位為弧度.

34、A: Link length , D-H參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱，表中單位為毫米。Theta: 0角，Joi nt an gle，D-H參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)名。表中單位為弧度。D: Joi nt dista nee，D-H參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱。表中單位為毫米。關(guān)節(jié)類型：R表示關(guān)節(jié)是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。Offset angle :表示各關(guān)節(jié)角度偏移。2.5 EF-IRC-I機(jī)器人狀態(tài)與編程步驟EF-IRC-I機(jī)器人存在三種狀態(tài)，即：通信狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)及控制狀態(tài)。通 訊狀態(tài)使應(yīng)用程序?qū)μ摂M串口的訪問為對(duì)串口硬件的訪問。報(bào)警狀態(tài)使機(jī)器人 能夠自我監(jiān)測(cè)與保護(hù)，內(nèi)部有許多傳感器用于檢測(cè)位置、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、工作電 壓、電機(jī)的工作溫度等?？刂茽顟B(tài)使參

35、數(shù)為精確高效控制機(jī)器提供強(qiáng)大的信息 反饋。機(jī)械手臂與PC機(jī)KJUS0連接屮圖2.9機(jī)器人與計(jì)算機(jī)連接圖Power Ibe機(jī)手臂內(nèi)部耽機(jī)彳(1)(2)機(jī)器人由七個(gè)關(guān)節(jié)及一個(gè)手爪組成，每個(gè)內(nèi)部都是一個(gè)高精度的舵機(jī)。舵機(jī) 的參數(shù)如下： 微控制器：ST CORTEX-M3 ( STM32F103C8 72MHZ,32BIT)(3電機(jī)：Maxon(4)波特率：8000 bps - 4.5 Mbps(5)控制算法：PID(6)分辨率：0.088°(7)重量:72克(8)尺寸:35.6mm x 50.6mm x 35.5mm(9)減速比：193 :(10)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩:2.3N.m (at 11.1V

36、 1.3A),位置傳感器：非接觸式絕對(duì)編碼器(12位，360度)2.5N.m (at 12V 1.4A)3.1N.m (at 14.8V 1.7A)(11)空載轉(zhuǎn)速:50rpm (at 11.1V)55rpm (at 12 V)(12)67rpm (at 14.8V)工作溫度：5C - +80 r(13)電壓：10 - 14.8V (推薦電壓12V)(14)控制方式:數(shù)字通信包(15)協(xié)議類型:半雙工異步串行通信(8bit,1stop, No Parity)(16)物理連接:T (TTL Level Multi Drop Bus)R (RS485 Multi Drop Bus)(17)ID :

37、 254 ID (0253)(18)(19)反饋：位置，溫度，負(fù)載，輸入電壓等。材料：全金屬齒輪(20)待機(jī)電流：100 mA2.5.1輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)概念轉(zhuǎn)矩參數(shù)基本關(guān)系:限制輸出轉(zhuǎn)矩】最大輸出轉(zhuǎn)矩】(1) 【當(dāng)前輸出轉(zhuǎn)矩】W堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩】(2) 【限制輸出轉(zhuǎn)矩】w(3) 【最大輸出轉(zhuǎn)矩】w機(jī)械臂上電后，機(jī)械臂轉(zhuǎn)矩參數(shù)的初始化方法 :(1)【最大輸出轉(zhuǎn)矩】初始化為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的 100%。 ( 2)將【最大輸出轉(zhuǎn)矩】的值拷入【限制輸出轉(zhuǎn)矩】 。( 3)【允許輸出轉(zhuǎn)矩】初始化為“否” ，即機(jī)械臂處于 轉(zhuǎn)矩輸出禁止 工作 狀態(tài)。有兩種方法將機(jī)械臂恢復(fù)到初始狀態(tài)：(1 )機(jī)械臂重新上電(2)軟件控制將機(jī)械臂恢

38、復(fù)到 轉(zhuǎn)矩復(fù)位 工作狀態(tài)。 注：當(dāng)電機(jī)發(fā)生過熱停機(jī)后，需要至少 20 分鐘的冷卻時(shí)間才能繼續(xù)重新工作。2.5.2 運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)狀態(tài)(1)位置機(jī)器人使用 12 位的高精度角度傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置， 將圓周 360 度 等分成了 4096 份，其角度精度為 0.088 度。即將所讀取到的數(shù)字量， 乘以 0.088 ， 即轉(zhuǎn)換為實(shí)際的角度位置。目標(biāo)位置：命令關(guān)節(jié)需要達(dá)到的位置。當(dāng)前位置：關(guān)節(jié)當(dāng)前所處的位置，在運(yùn)動(dòng)過程中，這個(gè)值在不斷變化 , 是否 到達(dá)目標(biāo)位置：用于檢測(cè)舵機(jī)是否到達(dá)目標(biāo)位置。( 2)速度目標(biāo)速度：舵機(jī)以多大的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)值范圍： 0 到 1023，單位是 0.114rpm(r

39、pm: 每分鐘多少轉(zhuǎn))。如果設(shè)置為 0，表示電機(jī)以最大轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。如 果為 1023，則轉(zhuǎn)速為 1 1 7.07rpm。當(dāng)前速度：數(shù)值范圍： 0 到 2047。單位為 0.11rpm 。如果為 0 到 1023，表示逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)速。如果為 1024 到 2047，表示順 時(shí) 針 方向 的轉(zhuǎn) 速 。這 時(shí)計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 ，需 要 先減 去 1024， 然后 再乘 以0.11rpm1415 。3機(jī)器人坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3.1建坐標(biāo)系原理及步驟建坐標(biāo)系原理機(jī)器人通常是由一系列連桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組合而成的空間開式鏈，實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，完成規(guī)定的操作。因此，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述的第一步，自然是描 述這些連桿

40、之間以及它們和操作對(duì)象 （工件或工具）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。假定 這些連桿和運(yùn)動(dòng)副都是剛性的，描述剛體的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）的方法是這樣的：首先規(guī)定一個(gè)直角坐標(biāo)系，相對(duì)于該坐標(biāo)系，點(diǎn)的位置可以用3維列向量表示；剛體的方位可用3X 3的旋轉(zhuǎn)矩陣來表示，而4 X 4的齊次變換矩陣則 可將剛體位置和姿態(tài)（位姿）的描述統(tǒng)一起來。機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的建立 可參照以下的三原則16:（1）Zni軸沿著第n個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸；（2）Xn軸垂直于Zn 1軸并指向離開Zn 1軸的方向；（3）y軸的方向按右手定則確定。機(jī)器人坐標(biāo)系建立的方法常用的是 D-H方法，這種方法嚴(yán)格定義了每個(gè)關(guān) 節(jié)的坐標(biāo)系，并對(duì)連桿和關(guān)節(jié)定

41、義了 4個(gè)參數(shù)，如圖：機(jī)器人機(jī)械手是由一系列連接在一起的連桿（桿件）機(jī)構(gòu)構(gòu)成的。需要用兩個(gè)參數(shù)來描述一個(gè)連桿，即公共法線距離 ai和垂直于ai所在平面內(nèi)兩軸的夾角ai ;需要另外兩個(gè)參數(shù)來表示相鄰兩桿的關(guān)系，即兩連桿的相對(duì)位置di和兩連桿法線的夾角 i 。除第一個(gè)和最后一個(gè)連桿外，每個(gè)連桿兩端的軸線各有一條法線，分別為 前、后相鄰連桿的公共法線。這兩法線間的距離即為di。我們稱ai為連桿長度，ai 為連桿扭角， di 為兩連桿距離 , i 為兩連桿夾角。機(jī)器人機(jī)械手上坐標(biāo)系的配置取決于機(jī)械手連桿的連接類型。 有兩種連接， 即轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和棱柱聯(lián)軸節(jié)。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，1為關(guān)節(jié)變量。連桿i的坐標(biāo)系原點(diǎn)

42、位于關(guān)節(jié)i和i+1的公共法線與關(guān)節(jié)i+1軸線的交點(diǎn)上。如果兩相鄰連桿的軸 線相交于一點(diǎn)，那么原點(diǎn)就在這一交點(diǎn)上。如果兩軸線互相平行，那么就選擇 原點(diǎn)使對(duì)下一連桿（坐標(biāo)原點(diǎn)已確定）的距離 dii為零。連桿i的z軸與關(guān)節(jié) i+1的軸線在一直線上，而X軸則在關(guān)節(jié)i和i+1的公共法線上，方向是從i指 向i+1，當(dāng)兩關(guān)節(jié)軸線相交的時(shí)候，X軸的方向與兩矢量的交積Zi 1 *Zi平行 或反向平行，X軸的方向總是沿著公共法線從轉(zhuǎn)軸n指向i+1 0當(dāng)兩軸Xi 1和Xi 平行且同向時(shí)，第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的i為零。一旦對(duì)全部連桿規(guī)定坐標(biāo)系之后，我們就能夠按照下列順序由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)和 兩個(gè)平移來建立相鄰兩連桿i-1與i之間的

43、相對(duì)關(guān)系。移到與 Xi 同一直線上。 的坐標(biāo)系移到使其原點(diǎn)與連桿 n 的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到與 Zi 同一直線上。相對(duì)位置的四個(gè)齊次變換來描述， 并叫做繞乙1軸旋轉(zhuǎn)i角，使Xi 1軸轉(zhuǎn)到Xi與同一平面內(nèi)。 沿 Zi 1 軸平移一距離 di ，把 Xi 1 沿 i 軸平移距離 ai ，把連桿 i-l 原點(diǎn)重合的地方。繞 Xi 1 軸旋轉(zhuǎn) i 1 角，使 Zi 1 這種關(guān)系可由表示連桿 i 對(duì)連桿 i-1Ai 矩陣。此關(guān)系式為：式 3.1 )Ai Rot(Z, i )Trans (0,0,di)Trans ( ai ,0,0) Rot (x, ai )展開上式得：i1Aicos isin i00sin i

44、cos icos i cos isin i0sin sin i cos i sin icos i0ai cos iai sin idi1（式 3.2）當(dāng)機(jī)械手各連桿的坐標(biāo)系被規(guī)定之后，就能夠列出各連桿的常量參數(shù)。對(duì)于跟在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)i后的連桿，這些參數(shù)為a , ii和aii。對(duì)于跟在棱柱聯(lián)軸 節(jié)i后的連桿來說，這些參數(shù)為i和ii 0然后，角的正弦值和余弦值也可計(jì)算出來。這樣A矩陣就成為關(guān)節(jié)變量d的函數(shù)（對(duì)于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）或變量d的 函數(shù)（對(duì)于棱柱聯(lián)軸節(jié)）。一旦求得這些數(shù)據(jù)之后，就能夠確定六個(gè) A變換矩陣 的值1718 0建坐標(biāo)系步驟參照機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖，根據(jù)根據(jù)運(yùn)動(dòng)圖3.2建坐標(biāo)系：D-H方法建立

45、機(jī)器人的坐標(biāo)系。;2*L陰 + IIHIG ,腕黃節(jié)僵勒貨節(jié)丁 5皿竹.LINKfi+ LINK?朋關(guān)節(jié)慟K （WtiftYawK黃節(jié)J （JQ蚯幻LIHK1 .LIKED ,（也；上打丿；a .1T 二一I険黃節(jié)仰何艾節(jié)6 (Joints).,G I S4,甘關(guān)節(jié)tfffW (ElbowPitch)；黃節(jié)4 CJcmLi)r 射關(guān)節(jié)離揀戲師劉Uh關(guān)節(jié)3就站.眉關(guān)節(jié)睛何(SkJuldffPiuhl丸節(jié)2 (JamLU肩關(guān)節(jié)旋黑(SJvjulisrRolD： 1 (Ml)圖3.2機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖桿件變量為轉(zhuǎn)角0 n偏距dn (mm)扭角an桿長an (mm)1012090°02009

46、0°030140.8-9000400-90071.850090071.8600-900070129.600表3.1坐標(biāo)系各變量的值建立i-1 A矩陣(3)根據(jù)機(jī)械臂的各個(gè)變量的值以及各桿件之間關(guān)系,cos isin i cos isin sin ia cosi 1A sin i Acos i cos icos i sinsin i0cos i0di1(式 3.3)(4)根據(jù)A矩陣和T矩陣之間的關(guān)系0T70A1A22A33A44A55A66A7，建立T矩陣規(guī)定逆時(shí)針為正,順時(shí)針為負(fù)。Ci =cos ( i )，Si=s in ()。0A1C1S1000010S1C10000d111A2

47、C2S200S2C2000010a2C2a2S2012A3C3S300C3S300asCsa3S3003A4C4Su000010S4C40000d414人C5S5000010S5C50000015A6C6S600S6C600001000d61C30C3a3C 3nx10x1ax1px1* S30S3asSsny10y1ay1py10100nz10z1az1pz1000000010001000T1%1*“2*么3C1S1S1C1C2S2diS2C2a 2C 2a2S2nxiny1=C1C2C3-C1S2 S3=S1C2C3-S1S2 S3 nz1 = -S2C3-C2 S30x1 =S1-C10

48、z1 =0ax1 = -C1C2 s3-c1 S2C3ay1=-S1C2 S3-S1S2C3az1=S2 S3 -C2C3Px1=a3S1C2C3 - a3 S1S2 S3 + a2 S1C2=a3C1C2C3 -a3C1S2 S3 + a2C1C2Py1Pz1 =-a3S2C3- a3C2 S3 + d 1 - a2 S2C 40S40C 50S505S40C 40S50C 505A6*010d 4010000010001C6S600nx20x2ax 2px2S6C600ny20y2ay 2py2001d6nz20z2az2Pz200010001T23A4*4A5*nx2 = c4c5c6

49、- s4 s6 ny2 = s4c5c6 + c4 s6nz2 = s5c6 ox2 = -c4c5 s6 + s4c6 oy2= -s4c5 s6 + c4c6 oz2 = -s5 s6 ax2 = -c4 s5 ay2 = -s4 s5az2 = -c5 px2 = -d6c4 s5 py2 = -d6 s4 s5 pz2 = d4 + d6c5nx1ox1ax1px1nx2ox2ax2px2nxoxaxpxny1oy1ay1py1*ny2oy2ay2py2nyoyaypynz1oz1az1pz1nz2oz2az2pz2nzozazpz000100010001T T1*T23.2 機(jī)器人運(yùn)

50、動(dòng)學(xué)分析3.2.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)原理機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)只涉及到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力和力矩。機(jī) 器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是：給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度或位移，求解計(jì)算機(jī) 器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問題。各連桿變換矩陣相乘，可得到機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿方程（運(yùn)動(dòng)學(xué)方程） 為：nxOxaxPxnyOyaypynzOzazPz00010T7 0A*1A2*2A3*3A4*4A*5A6*6A7（式 3.4 ）其中：Z向矢量處于手爪入物體的方向上，稱之為接近矢量a ,y向矢量的 方向從一個(gè)指尖指向另一個(gè)指尖，處于規(guī)定手爪方向上，稱為方向矢量0 ;最后一個(gè)矢量叫法線矢量n，它與矢量0和矢

51、量a 一起構(gòu)成一個(gè)右手矢量集合， 并由矢量的叉乘所規(guī)定：n= o*a。機(jī)器人變換矩陣p，它描述了末端連桿坐標(biāo)系7相對(duì)基坐標(biāo)系0的位姿, 是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析和綜合的基礎(chǔ)。表3.2 G300型串聯(lián)機(jī)器人 D-H參數(shù)表連桿編號(hào)/弧度a/毫米/弧度d/毫米偏移1/20112002/202003/203140.84/271.840/251271.8506/2060/27007129.60下限348788348788788848348上限3748330837483308330832483748表3.3 G300型串聯(lián)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)空間參數(shù)(關(guān)節(jié)1-7換算關(guān)系1=0.088度)2速度范圍(1-1023),換算關(guān)系1=0.114轉(zhuǎn)/分鐘最大加速度：2180度/秒3.2.2機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)步驟1、根據(jù)機(jī)器人D-H參數(shù)得到傳遞矩陣AK(k=0,1,2,3,4,5,6,7)，相乘后得到T矩陣，根據(jù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，寫出機(jī)器人正解的運(yùn)算公式，并填入下表中表3.4機(jī)器人運(yùn)算公式參數(shù)計(jì)算公式nxnx =(C1C2C3 -C1S2S3 )* (C 4C