機器人實驗報告

1、實驗一機器人運動學(xué)實驗一、實驗?zāi)康?了解四自由度機械臂的開鏈結(jié)構(gòu)；2掌握機械臂運動關(guān)節(jié)之間的坐標(biāo)變換原理；3學(xué)會機器人運動方程的正反解方法。二、實驗原理本實驗以 SCARA四自由度機械臂為例研究機器人的運動學(xué)問題 . 機器人運動學(xué)問題包括運動學(xué)方程的表示 , 運動學(xué)方程的正解、 反解等 , 這些是研究機器人動力學(xué)和機器人控制的重要基礎(chǔ) , 也是開放式機器人系統(tǒng)軌跡規(guī)劃的重要基礎(chǔ)。機械臂桿件鏈的最末端是機器人工作的末端執(zhí)行器 ( 或者機械手 ) ，末端執(zhí)行器的位姿是機器人運動學(xué)研究的目標(biāo)， 對于位姿的描述常有兩種方法： 關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間法和直角坐標(biāo)空間法。本次實驗用 D-H 變化方法求解運動學(xué)問題。

2、建立坐標(biāo)系如下圖所示連桿坐標(biāo)系 i 相對于 i- 1 的變換矩陣可以按照下式計算出，其中連桿坐標(biāo)系 D-H 參數(shù)為由表 1-1 給出。齊坐標(biāo)變換矩陣為：其中描述連桿 i本身的特征；和描述連桿 i - 1 與 i之間的聯(lián)系。對于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，僅是關(guān)節(jié)變量，其它三個參數(shù)固定不變； 對于移動關(guān)節(jié)， 僅是關(guān)節(jié)變量，其它三個參數(shù)不變。表 1-1 連桿參數(shù)表其中連桿長l 1=200mm，l 2=200mm，機器人基坐標(biāo)系為O-X0 Y0Z0 。根據(jù)上面的坐標(biāo)變換公式，各個關(guān)節(jié)的位姿矩陣如下：運動學(xué)正解：各連桿變換矩陣相乘，可得到機器人末端執(zhí)行器的位姿方程 （正運動學(xué)模型）為：其中： z 軸為手指接近物體的方向

3、，稱接近矢量a （approach ）； y 軸為兩手指的連線方向， 稱方位矢量 o（orientation）；x 軸稱法向矢量n（normal ），由右手法則確定， n=o*a。p 為手爪坐標(biāo)系原點在基坐標(biāo)系中的位置矢量。運動學(xué)逆解： 通?？捎梦粗倪B桿逆變換右乘上式：令兩式對應(yīng)元素分別相等即可解出。其中將上式回代，可得，令第二行第四個元素對應(yīng)相等，可得：令第四行第三個元素對應(yīng)相等，可得：所以，1三、實驗步驟步驟 1檢查實驗系統(tǒng)各部分的信號連接線、電源是否插好，完成后打開伺服驅(qū)動系統(tǒng)的電源開關(guān)。步驟 2運行 GRBserver 程序，出現(xiàn)以下程序界面。圖 1-6 機器人示教程序界面步驟 3按

4、下“打開控制器”按鈕，按下“伺服上電”按鈕。步驟 4清理周圍環(huán)境，避免機械臂運動時打到周圍的人或物。檢查末端執(zhí)行器上的電線連接，避免第四個關(guān)節(jié)運動時電線纏繞而被拉斷。步驟 5按下“自動回零”按鈕，機械臂自動回零。步驟 6選擇“關(guān)節(jié)空間” 或“直角坐標(biāo)空間”，選擇“運動步長”，選擇“運動速度倍率” 為合適值。一般剛開始時盡量選擇較小的值， 以使運動速度不致太快。步驟 7在“示教操作”區(qū)按下相應(yīng)關(guān)節(jié)按鈕，觀察機械臂的運動情況。此時可以按下“記錄”按鈕，以便以后重復(fù)該次運動。步驟 8重復(fù)步驟 7，演示各種運動及功能。四、實驗數(shù)據(jù)及處理實驗數(shù)據(jù) 1 2-d 3 4XYZ手爪11005020150-20

5、7.9296.9620149.9210050-20150-207.9296.96-20149.9310050-20-150-207.9296.96-20-149.941308030-100-301.753.2229.9-99.951507030-100-326.4-25.5529.9-99.9運動學(xué)正解的 MATLAB 程序：x=1;A=cos(x) -sin(x) 0 0.2*cos(x);sin(x) cos(x) 0 0.2*sin(x);0 0 1 0;0 0 0 1 y=2;B=cos(y) -sin(y) 0 0.2*cos(y);sin(y) cos(y) 0 0.2*sin(y

6、);0 0 1 0;0 0 0 1 d=-d3;C=1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 d;0 0 0 1z=4;D=cos(z) -sin(z) 0 0;sin(z) cos(z) 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1 T=A*B*C*D其中 A= 01T ; B= 12T ; C= 23T ; D= 34T分別把 1、 2、-d3、4 的五組數(shù)據(jù)代入程序算出結(jié)果如下：第一組：T =A =0.50000.86600-0.2079-0.1736-0.98480 -0.0347.2970-0.86600.5000000.9848-0.173600.197001.0000.0200000

7、01.0000001.0000第二組：0001.0000B= A=0.6428-0.7660-.9848000.1286-0.1736-0.03470.76600.642800.1532001.0000020001.0000C =1.00000000.9848-0.173600.1970001.000000001.0000B =0.6428-0.766000.12860.76600.642800.1532001.000000001.0000C =1.000000001.000000001.0000-0.02000001.0000D =-0.8660-0.5000000.5000-0.86600

8、0001.000000001.0000T =0.50000.86600-0.2079-0.86600.500000.2970001.0000-0.02000001.0000第三組：A =-0.1736-0.98480-0.03470.9848-0.173600.1970001.000000001.0000B =0.6428-0.766000.12860.76600.642800.1532001.000000001.0000C =1.000000001.000000001.0000-0.02000001.0000D =-0.86600.500000-0.5000-0.866000001.0000

9、00001.00003T =1.00000.00000-0.2079-0.00001.000000.2970001.0000-0.02000001.0000第四組：A =-0.6428-0.76600-0.12860.7660-0.642800.1532001.000000001.0000B =0.1736-0.984800.03470.98480.173600.1970001.000000001.0000C =1.000000001.000000001.00000.03000001.0000D =-0.17360.984800-0.9848-0.173600001.000000001.0000T =-0.3420-0.93970-0.30180.9397-0.342000.0532001.00000.03000001.0000第五組：A =-0.8660-0.50000-0.17320.5000-0.866000.1000001.000000001.0000B =0.3420-0.939700.06840.93970.342000.1879001.000000001.0000C =1.0000000401.000000001.00000.03000001.0000D =-0.17360.98480