工業(yè)機器人技術(shù)報告

1、實驗報告一、實驗?zāi)康耐ㄟ^改進D-H建模方法在MATLAB/RoboticsToolbox中建立機械臂數(shù)學模型，并對模型進行正運動學和逆運動學計算，并將該模型計算的結(jié)果與理論推導(dǎo)得到的結(jié)果進行對比，驗證理論推導(dǎo)的正確性。1.通過對Matlab軟件的學習，掌握仿真建模方法；2,熟悉MATLAB/RoboticsToolbox工具箱的應(yīng)用；3.通過建模，學習多自由度機器人的控制方法，研究分析其控制運動的規(guī)律；4,通過運動建模結(jié)果分析，與理論值相對應(yīng)掌握分析方法，驗證仿真的正確性。二、實驗過程1.建立6R機械臂數(shù)學模型：本次采用改進的D-H建模方法，利用MATLAB/RoboticsToolbox中的

2、函數(shù)建立6R機械臂的數(shù)學模型，編寫的建模程序如下：L1=link(0000.3840,modified);L2=link(-pi/20.375000,modified);L3=link(00.543000,modified);L4=link(00.66000,modified);L5=link(-pi/2000.450,modified);L6=link(0-pi/200.500,modified);ROBOT_6R=robot(L1L2L3L4L5L6);ROBOT_6R.name=RROBOT輸入界面如圖下所示：|L1=link(0000.3840/modified);L2=link(-p

3、i/20.375000；modified);L3=link(00.543000；modified);L4=link(00.66000/modified);L5=link(-pi/2000.45modified-L6=link(0-pi/200.500/modified);ROBOT_6R=robot(L1L2LL4L5L6);ROBOT_6R.name=r6RROBOTr圖1建立六軸機器人仿真模型程序截圖輸出結(jié)果如下:ROBOT6R=6RROBOT(6axis,RRRRRR)modifiedD&Hparametersgrav=0.000.009.81AthetaDR/P0.0000000.00

4、00000.0000000.384000R-15707960.3750000,0000000000000RO.COOOOC0.543。0.0000000000000R0.0000000.6600000.0000000.00000。R-1.5707960.0000000.0000000.450000R0.0000001.5707960.0000000,500000R圖2仿真模型輸出界面kJ-HIThfJddddddoocooommmmmmJt/I.ft.ftft/I2. 6R機械臂模型正運動學計算:完成了6R機械臂基于改進的D-H方法的建模工作，然后對此模型進行正運動學求解。利用Robotics

5、Toolbox中的fkine函數(shù)可以實現(xiàn)機器人正運動學問題的求解。其中fkine函數(shù)的調(diào)用格式：T=fkine(ROBOT_6R,q)參數(shù)ROBOT_6的構(gòu)建的機器人模型，q為每個關(guān)節(jié)在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的角位移量，T為由q定義的每個前向運動學的正解。返回的矩陣T是一個三維的矩陣，前兩維是4X4的矩陣代表坐標變化，第三維表示的是時間。在MATLAEfr編寫程序進行運動學正解的計算:qz=0pi/12pi/3pi/4pi/8pi/6,T=fkine(ROBOT_6R,qz)運行程序后，由MATLABf算得到的運動學正解為:qz=0pi/3pi/4pi/2pi/5pi/6qz二01.04720.7S541

6、.570S0.62830.5236T=fkine(ROBOT6氏q#%達四學睜-03929-0.91350.105300.8824-0.4067-0.236400.25880,00000.96591,94910.9233-0.135001,0000圖3運動學正解3. 6R機械臂模型逆運動學計算：利用RoboticsToolbox中的ikine函數(shù)可以實現(xiàn)機器人逆運動學問題的求解。其中ikine函數(shù)的調(diào)用格式：Q=ikine(ROBOT_6R,T)參數(shù)ROBOT_6R建立的機械臂模型，Q為初始猜測點(默認為0),T為要反解得變換矩陣。將上面運動學正解得到的齊次變換矩陣T,利用MATLA中的函數(shù)i

7、kine進行逆運動學的求解運算，得到：Q=ikine(ROBOT_6RfT)Q=0.0000-4.37015.4978-4.00750.62830.5236圖4逆運動求解結(jié)果計算得到的逆解只是逆解空間中的其中一個解，這是由RoboticsToolbox內(nèi)置算法對逆解的選擇原則的結(jié)果，將結(jié)果代入方程驗證，結(jié)果與理論值相同，仿真結(jié)果互相驗證了理論推導(dǎo)和RoboticsToolbox中所建的模型均是正確且可行的。4. 6R機械臂模型逆運動學仿真：利用RoboticsToolbox對6R機器人進行運動學的仿真。通過機器人的控制面板直接對機器人關(guān)節(jié)進行操作，可以動態(tài)的顯示機器人從初始位置運動到目標位置的

8、運動學特性以及運動軌跡。以自己構(gòu)建的ROBOT_6機器人為傷假設(shè)ROBOT_6理機器人要在2秒內(nèi)從初始狀態(tài)qz=pi00-pi/200平穩(wěn)地運動到狀態(tài)qr=pipi/6pi/12-pi/1.500,則在關(guān)節(jié)空間進行歸集規(guī)劃的過程如下：首先創(chuàng)建一個運動時間向量，假定采樣時間為0.01秒，則有：t=0:0.03:3;在關(guān)節(jié)空間中插值可以得到：qz=pi00pi/200;qr=pipi/6pi/12pi/1.500;q,qd,qdd=jtraj(qz,qr,t);整個演示過程可調(diào)用一下語句查看：plot(ROBOT_6R,q);輸入界面如下： t=0:0.03:3; qz=000-pi/200; q

9、r=pipi/6pi/12-pi/1.500； q.qd.qdd=jtraj(qzfqrft); plot(ROBOT_6R,qz); plot(ROBOT_6Rfq);圖5運動學仿真程序各關(guān)節(jié)角度變化情況：圖6各關(guān)節(jié)初始角度圖7各關(guān)節(jié)最終角度運行結(jié)果以及控制面板最終界面如下圖所示:圖8ROBOT_6R勺初始狀態(tài)圖9運行軌跡1三、結(jié)果陳述1、按上述步驟建立ROBOT_6模型機器人|R0B0T_6R=6RROBOT(6axis.RRRRRR)modifiedD3tHparametersgrav-0.000.009.81alphaAthetaDR/P0.0000000.0000000.000000

10、0.384000R-1,5707960.3750000,0000000H0000QR0.0000000.5430000,0000000900000R0.0000000.6600000,0000000.000000R-1,5707960000000,000000450000R0.000000-L5707960.0?？?00O.5OOQQOR圖12oooooommmmmm-flk-flfrvfrlxth-rl-2、求該模型正解qz=0pi/3pi/4pi/2pi/5pi/60523601.04720.78541.57080.62B3T二十力口曰30801_6比92)%運動學11解01.0000-0

11、3929-0.91350,105300.8824-0.4067-0.236400.25880.00000.96591.94910.9233-0:1350圖133、求該模型逆解Q=ikine(ROBOT_6RpT)Q=0.0000-437015.4978-4.00750.62830.5236圖14四、實驗總結(jié)本次實驗利用Matlab中的Roboticstoolbox對機器人進行建模求解及其仿真運動的實驗，我對Matlab有了一個全新的認識，以前我們只是用來進行數(shù)學運算或者電路仿真分析，而本次實驗讓我懂得Matlab還可以進行工業(yè)機器人的仿真建模以及運動求解，功能確實很強大。通過本次實驗，讓我更加鞏固了對該仿真軟件的基本使用方法，并學習掌握了更多操作命令；其次是熟悉了軟件中的RoboticsToolbox工具箱和添加自己仿真所需要的庫文件的過程，還在課堂上了解了機械臂的基本原理與控制結(jié)構(gòu)，學會使用了機械臂運動的控制與調(diào)試方法。對Matlab還不熟練，經(jīng)過了較長時間的摸索，最終完成了6R機械臂的仿真模型構(gòu)建，求得運動后的正解逆解并進行了效果展示，取得了預(yù)期的成果。指導(dǎo)教師批閱意見：評分項目滿分標準成績權(quán)重原始數(shù)據(jù)準確、真