基于MATLAB四自由度机械手运动学仿真分析外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译.docVIP

基于MATLAB四自由度机械手运动学仿真分析 摘要：提出了实时分析各关节角度与机械臂末端位置关系的过程和方法。首先，以具有自由度的机械手各节杆长数据为基础，利用三维建模工具进行建模，并将模型导入N^ATLAB环境。然后对机械手进行运动解分析和逆解分析，并进行计算和求解。在此基础上，利用MATLAB软件环境下的机器人工具箱对机器人的实时运动状态进行了仿真分析，得到了机器人的位移、速度、加速度和末端的运动特性。该方法能直观地分析机械手的运动过程，为机器人的运动和操作控制提供了有力的支持。 关键词：机械手，自由度，虚拟实验室，运动分析，计算机仿真 导言 随着机器人研究和市场化进程的加快，机器人的发展趋势是越来越多地服务于人们的社会需求和日常生活中的某些特定任务。因此，如何使机器人与人进行交互是机器人研究的重点和难点之一（Garcia等人，2007）。早在1996年，MATLAB就已经实现了机械手的计算和分析功能，可以得到各个关节的位移、速度和加速度等参数（Miller和Allen，2004）。Kuli宙和Croft利用MATLAB仿真工具对人与机器人交互过程中的运动安全性进行了实时分析（Kulic和Croft，2005）。Corke提出了一种基于机器人7s视觉和MATLAB工具箱相结合的仿真分析方法（Corke，2005），并将这种更直观的方法应用于机器人教学中（Corke，2007）。Lin和Meng提出在MATLAB虚拟环境下对机械手的运动约束进行仿真分析，很好地实现人与虚拟机械手的互操作（Qi和Meng；2009）。为了控制机械手的方便性，Dean-Leon等人。（2012）开发了基于MATLAB工具箱的机器人用户图形界面（Dean Leon et al七2012）。提出了一种对四自由度机械手进行实时分析的方法，较好地实现了操作者与虚拟机械手之间的人机交互。 该机械手的目标是一个具有自由度的假肢机器人，每个尺寸都是旋转副，属于4R机械臂，如图1所示。 图1：四自由度机械臂 Irtform公司。技术。杂志，12（19）：5058Irtform公司。技术。杂志，12（19）：50585062 5062 表1:fbur自由度机械臂的D-H参数 图1 表1:fbur自由度机械臂的D-H参数 图1：连杆坐标系 联动装置 ai-1型 cti-1型 di-1型 6i号 角度范围 1 0 0 0 工程安装 -160-160 2 0 -90 d2级 62 -225-45 3 a2级 0 0 63 -150-150 4 a3级 0 0 64 -150-150 表1列出了每个连杆坐标系的图1和相应的连杆参数。 根据D-H，s方法建立机械手运动学方程的实质是用第二变换矩阵表示两连杆坐标系之间的相对位置和运动。将这些矩阵相乘，得到机械手的变换矩阵，即得到刀具坐标系相对于基准坐标系的第二变换矩阵。 首先，我们可以计算每个连杆变换矩阵： 公式中引用了缩写，如c3=c03=cos03；s3=s03=sin03等。然后： 其中c2（34）=c2 c34-s2 s34，物浩=s2 c34+c2 s34，则： 方程5给出了机械臂的自由度变换矩阵。它描述了连杆坐标系末端相对于机器人基准坐标系的位置和方位，是fbur自由度机械臂运动分析的基础。 为了检验结果的准确性，我们制作了=黑=饥=0的arm矩阵T是：  运动学逆向分析解决方案 运动学对机械臂自由度的逆解有多种方法，接下来我们将使用逆变换方法。 四个自由度机械臂的运动方程可写为： 使上式中的两边（2，4）元素相等，我们得到 使用三角形替换，使： 在等式中： 代入式 从10变成9，我们得到： 所以： 我们可以解决θ1 在方程式中，正负号对应于6 ^的两个可能解 当选择它们中的一个，使所述矩阵方程的两侧的元件（1,4）和（3,4）相等，并且我们可以得到第二个方程： 与等式的平方和，我们可以获得： 其中63具有[-150°，150°]范围内的两种可能的解决方案 现在我们解决θ2，所以我们写矩阵Eq.6行=并且： 因为： 和 我们做等式。 在上式两边的矩阵中，分别有1、4和2,4个元素相等，我们可以得到： 其中，当上述两个公式同时出现时，将得到s23和c23： 因此，s23和c23的表达式的分母是相等的并且是正数，因此： 根据Oi和6的四个可能的组合，我们可以获得623的四个数值。 因此我们可以获得62个的四种可能的解决方案： 在公式中，取对应于θ23的θ3值。 因为矩阵等式的左侧Eq.15是已知的，因此使等式两边的（1，2）和（2，2）元素相等，我们可以得到： 然后得到： 因为在求解蠕动和％的过程中出现正负号，所以该自由度机械臂的运动学反向解中可能有四个解。 需要指出的是，