機器人實驗報告

1、實驗一機器人運動學實驗一、實驗目的1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)之間的坐標變換原理;3.學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問題 .機器人運 動學問題包括運動學方程的表示，運動學方程的正解、反解等,這些是研究機器人 動力學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研究的目標， 對于位姿的描述常有兩種方法：關(guān)節(jié)坐 標空間法和直角坐標空間法。本次實驗用D-H變化方法求解運動學問題。建立坐標系如下圖所示

2、連桿坐標系i 相對于 i -1 的變換矩陣：可以按照下式計算出，其中連桿坐標系D-H參數(shù)為:， 匸由表1-1給出。齊坐標變換矩陣為：其中 宀描述連桿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I 1=200mm 12=200mm機器人基坐標系為 O-X0YoZo。根據(jù)上面的 坐標變換公式，各個關(guān)節(jié)的位姿矩陣如下：運動學正解：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 運動學模型）為：其中：z軸為手指接近物體的方向，稱接近矢量 a （即proach）

3、； 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為手爪坐標系原點在基坐標系中的位置矢量。運動學逆解：通?？捎梦粗倪B桿逆變換右乘上式：令兩式對應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相等，可得：?令第四行第三個元素對應相等，可得:所以,0斗一 一仿 一一比壬in 第）2三、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按下“打開控制器”按鈕，按

4、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，以便以后重復該次運動。步驟8.重復步驟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)0 10 2-d 30 4XYZ手爪11005020150-207.9296.96

5、20149.92100 t50-20150-207.9296.96-20149.9310050-20-150-207.9296.96-20-149.94130:8030-100-301.753.2229.9-99.951507030-100-326.4-25.5529.9-99.9運動學正解的MATLAB程序：x= 0 i;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= 0 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= 0 4;D=cos(z) -sin(z) 0 0;sin(z) cos(z) 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1T=A*B*C*D其中 A= °T ; B=；T ; C=；T ; D=：T分別把0 1、0 2、-d3、0 4的五組數(shù)據(jù)代入程序算出結(jié)果如下：0A =0.50000.86600-0.2079-0.17086600.98485000000.0340.29700.98480第二組0-0.1736 0 0B = A =0.642.8736-0.766.0)84

7、80.766000C =1.00000.642800000 1.00000001.0000000.00000.1970.020001QD0001.00000 0.12803470.15320 21.000000.9848-0.173600.1970001.000000001.0000B =0.6428-0.766000.12860.76600.642800.1532001.000000001.0000C =1.000000001.000000001.0000-0.02000001.0000D =-0.8660-0.5000000.5000-0.866000001.000000001.0000T

8、 =0.50000.86600-0.2079-0.86600.500000.2970001.0000-0.02000001.0000第二組:A =-0.1736-0.98480-0.03470.9848-0.173600.1970001.00000B =0001.00000.6428-0.766000.12860.76600.642800.1532001.00000C :0001.00001.000000001.000000001.0000-0.0200D :0001.0000-0.86600.500000-0.5000-0.866000001.000000001.00001.00000.00

9、000-0.2079-0.00001.000000.2970001.0000-0.02000001.0000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 =-0.8660-0.50000-0.17320.5000-0.866000.1000001.00000B =0001.00000.3420-0.939700.06840.93970.342000.1879001.00000C :0001.00001.0000000701.000000001.00000.03000001.0000D :=-0.17360.98480