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2013年06月
-SHANDONGUNIVERSITY
机器人学基础课程设计
设计(论文)题目PUMA560机器人运动学分析
姓
名:
董**
学号:
学院:机电与信息工程学院
专业:机械设计制造及其自动化
年级:2010级
指导教师:陈原
山东大学(威海)机器人学基础课程设计201000800497
2
目录
引言 3
1.PUMA560机器人的D-H参数 4
1.1确定D-H坐标系(按第二种坐标系建立方法) 4
1.2坐标系建立如图 5
1.3各连杆D-H参数及关节变量如下表 5
2.PUMA560的运动学分析 6
2.1PUMA560机器人的正解 6
2.1.1各连杆的变换矩阵 6
2.1.2用matlab求正解 6
2.2PUMA560机器人的逆解 7
2.2.1求0 7
2.2.2求θ 8
2.2.3.求θ 8
2.2.4求0 9
2.2.5求θ? 9
2.2.6求0; 10
2.2.7用matlab求逆解 10
3.PUMA560机器人的雅克比矩阵 11
3.1微分变换法 11
3.2矢量积法 13
4.PUMA560机器人的三维建模 14
5.参考文献: 14
6.附件 15
6.1正解程序 15
6.2逆解程序 16
6.3雅克比矩阵矢量积法求解 19
6.4雅克比矩阵的微分变换法求解 20
山东大学(威海)机器人学基础课程设计201000800497
3
引言
机器人运动学包括正向运动学,即给定机器人各关节变量,计算机器人末端的位置姿态;逆向运动学即已知机器人末端的位置姿态,计算机器人对应位姿的全部关节变量。一般正向运动学的解是唯一和容易获得的,而逆向运动学往往有多个解而且分析更为复杂。机器人逆运动分析是运动规划不控制中的重要问题,但由于机器人逆运动问题的复杂性和多样性,无法建立通用的解析算法。机构逆运动学问题实际上是一个非线性超越方程组的求解问题,其中包括解的存在性、唯一性及求解的方法等一系复杂问题。本文主要通过最基本分析方法对Puma560机器人的运动进行分析,包括运动的位置和姿态的正、逆
解,及其运动的雅克比矩阵的求解。
山东大学(威海)机器人学基础课程设计201000800497
4
1.PUMA560机器人的D-H参数
1.1确定D-H坐标系(按第二种坐标系建立方法)
Zi坐标轴:沿着i+1关节的运动轴;
Xi坐标轴:沿着Zi和Zi-1的公法线,指向离开Zi-1轴的方向;
Yi坐标轴:按右手直角坐标系法则制定;
连杆长度ai;Zi和Zi-1两轴心线的公法线长度;
连杆扭角ai:Zi和Zi-1两轴心线的夹角;
两连杆距离di:Xi和Xi-1两坐标轴的公法线距离;
两杆夹角θi:Xi和Xi-1两坐标轴的夹角;
山东大学(威海)机器人学基础课程设计201000800497
5
1.2坐标系建立如图
1.3各连杆D-H参数及关节变量如下表
连杆1
变量θ
α?-i
a-1
d;
变量范围
1
0
0°
0
0
-160°~160°
2
θ?
-90°
0
d?
-225°~45°
3
θ?
0°
a?
0
-45°~225°
4
O?
-90°
a?
d?
-110°~170°
5
O?
90°
0
0
-100°~100°
6
0?
-90
0
0
-266°~266°
山东大学(威海)机器人学基础课程设计201000800497
6
2.PUMA560的运动学分析
2.1PUMA560机器人的正解
2.1.1各连杆的变换矩阵
…
7
7
…
各连杆变换矩阵相乘,得PUMA560的机械手变换矩阵:
0T?=°T(O)T?(O?)2T(O?)T(O?)?T(O,)T?(0)
为0,θ,……,0,的函数。
2.1.2用matlab求正解
在Matlab中调用正解函数(正解函数程序见附件)
zhengjie(pi/2,0,-pi/2,0,0,0)
求得结果为
T60=
0.0000
0.0000
1.0000
-0.0000
0.0000
1.0000
-0.1491
0.
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