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  • 六自由度机械手的坐标建立及运动学分析
    2020-12-24 03:08:14

    **

    卷第

    **

    2

    0

    *

    *

    *

    JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

    Vo

    l.

    **

    No.

    *

    ***

    20

    **

    DOI

    10.3901/JME.20**.**.***

    六自由度机械手的坐标建立及运动学分析

    摘要

    从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题,利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行

    性和实用性。通过建立机械手的笛卡尔坐标系,推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程,并研究了正、逆

    运动学方程的解;在此基础上建立机械手的工作空间,并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。

    因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究,提出以机械手示教手柄引导

    末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现,再对记录程序进行预

    修改,

    最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。

    并利用

    MATLAB

    对轨迹进行仿真,

    对比其

    实际与计算的正确性。

    最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹,得出其设计的方式。即首先利用示教手柄实现轨

    迹预设,记录预设轨迹程序,然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。

    关键词

    六自由度机械手,笛卡尔坐标系,运动学方程,仿真,示教手柄

    The coordinates of six degrees of freedom manipulator

    and kinematics analysis is established

    WU Yanchao

    JIN Yuanxun

    ZHAO Xin

    LI Daohai

    SONG Ping

    MENG Ya

    ABSTRACT

    T

    his

    article

    based

    on

    the

    analysis

    of

    kinematics

    to

    study

    the

    trajectory

    control

    problems,

    use of

    inverse kinematics of

    the

    complex mode

    of tracking movement

    of

    the

    feasibility and

    practicality.

    Through

    the

    establishment

    of

    the

    manipulator

    Cartesian

    coordinates,

    derived

    manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics

    of

    the

    equation

    solution

    on

    the

    basis

    of

    this

    establishment

    manipulator

    working

    space.

    And

    discuss

    their work space The flexibility and the possibility exists.

    So

    in

    another

    way

    to

    the

    six

    degrees

    of

    freedom

    series

    manipulator

    motion

    control

    the

    complex

    issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of

    the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve,

    and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures

    designed

    trajectory

    design

    of

    complex

    programming

    tasks.

    And

    using

    MATLAB

    simulation

    of

    the

    track,

    compared with its actual calculation is correct.

    The

    final

    design

    through

    six

    degrees

    of

    freedom

    series

    manipulator

    track

    to

    achieve

    flat

    text,

    draw

    their

    design

    approach.

    That

    is,

    first

    of

    all

    use

    of

    teaching

    handle

    achieve

    trajectory

    default

    the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized

    coordinate programming.

    key words

    Six degree-of-freedom manipulators

    Cartesian coordinates

    Equations of motion

    Simulation

    Demonstration handle

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    2020-06-18 16:21:35
    自由度机械臂,有3d图,在空间具有个自由度,有图纸,即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度
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  • 六自由度机械手设计

    2013-01-13 14:37:48
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    千次阅读 多人点赞 2021-02-03 15:09:39
    六自由度机械手正逆运动学1 正运动学1.1 DH法参数表1.2 建立运动学方程1.3 Matlab建模2 逆运动学3 工作空间 1 正运动学 正向运动学已知条件为各个关节的角度,通过各个关节的角度来求解机械手末端的位姿。 1.1 DH法...

    1 正运动学

    正向运动学已知条件为各个关节的角度,通过各个关节的角度来求解机械手末端的位姿。

    1.1 DH法参数表

    建立坐标系的步骤
    按如上步骤对六自由度机械手建立坐标系,得到如图:

    在这里插入图片描述

    根据所建立的坐标系采用Denavit-Hartenbery法进行运动学求解,其连杆参数如下表所示。
    在这里插入图片描述

    令l1=50cm,l2=l3=40cm,l4=20cm,l5=l6=0cm。

    1.2 建立运动学方程

    变换矩阵的运算可以利用matlab中的符号变量syms,以坐标系4对坐标系3的坐标变换为例:

    %坐标系4对坐标系3的坐标变换
    syms c4 s4 l4;
    T1=[1 0 0 0;
         0 0 -1 0;
         0 1 0 0;
         0 0 0 1];
    T2=[c4 -s4 0 0;
         s4 c4 0 0 ;
         0 0 1 0;
         0 0 0 1];
    T3=[1 0 0 0;
         0 1 0 0;
         0 0 1 l4;
         0 0 0 1];
    T34=T1*T2*T3
    
    %得到答案
    T34 =
    
    [ c4, -s4,  0,   0]
    [  0,   0, -1, -l4]
    [ s4,  c4,  0,   0]
    [  0,   0,  0,   1]
    

    可以得出各个变换矩阵,也可通过手动计算的方式,得到变换矩阵:
    在这里插入图片描述

    由此可得:
    在这里插入图片描述

    计算可得:
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    1.3 Matlab建模

    根据所得的DH参数表,再利用matlab机器人工具箱robotic toolbox,可以很简便的得到matlab模型,matlab程序如下:

    clear all
    clc
    %The parameter of DH
    l=[0.5 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2]
    a=pi/2
    %MDH coordinate
    %         θ    d       a    α       offset  
    L(1)=Link([0   0        0    0          0  ],'modified');
    L(2)=Link([0   0        0    a          0  ],'modified');
    L(3)=Link([0   0       l(2)    0          0  ],'modified');
    L(4)=Link([0   l(3)+l(4)    0    a          0  ],'modified');
    L(5)=Link([0   0        0   -a          0  ],'modified');
    L(6)=Link([0   l(5)       0    a          0  ],'modified');
    %L(7)=Link([0   l(6)       0    0          0  ],'modified');
    
    qr=[0 0 pi/2 0 0 0 ] ;  % ready
    qu=[0 pi/3 -pi/6 0 pi/3 0 ]; 
    %qu=[0 0 0 0 0 0 0];% standup 
    
    
    robot=SerialLink(L,'name','robot6R','manufacturer','Unimation','comment','AK&B');
    robot.display();  %display MDH table
    
    robot.fkine(qr) %zero
    robot.plot(qr); %ready
    
    
    robot.fkine(qu); 
    robot.plot(qu); %standup
    
    t=0:0.01:1;
    [q,qd,qdd]=jtraj(qr,qu,t);
    plot(t,qd,t,qdd);
    
    teach(robot)
    
    

    得到结果:

    l =
    
        0.5000    0.4000    0.4000    0.2000    0.2000    0.2000    0.2000
    
    
    a =
    
        1.5708
    
     
    robot = 
     
    robot6R [Unimation]:: 6 axis, RRRRRR, modDH, slowRNE             
     - AK&B;                                                         
    +---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
    | j |     theta |         d |         a |     alpha |    offset |
    +---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
    |  1|         q1|          0|          0|          0|          0|
    |  2|         q2|          0|          0|     1.5708|          0|
    |  3|         q3|          0|        0.4|          0|          0|
    |  4|         q4|        0.6|          0|     1.5708|          0|
    |  5|         q5|          0|          0|    -1.5708|          0|
    |  6|         q6|        0.2|          0|     1.5708|          0|
    +---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
     
     
    
    ans = 
             0         0         1       1.2
             0        -1         0         0
             1         0         0         0
             0         0         0         1
    

    以及:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    再最后的teach——示教图中,可以通过改变关节角度来实现对机器人运动的控制。

    2 逆运动学

    逆运动学分析与正运动学分析计算过程完全相反,即给出驱动机器人末端位姿,求解各个连杆关节的变量值。
    在这里插入图片描述
    可以得到在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    可以算出各个关节的选择角度。

    3 工作空间

    机械手的工作空间,可通过一下matlab程序得出:

    clc
    clear all
    %DH参数
    l=[0.5 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2]
    a=pi/2
    %       theta    d        a        alpha     offset
    L1=Link([0   0        0    0          0  ],'modified');
    L2=Link([0   0        0    a          0  ],'modified');
    L3=Link([0   0       l(2)    0          0  ],'modified');
    L4=Link([0   l(3)+l(4)    0    a          0  ],'modified');
    L5=Link([0   0        0   -a          0  ],'modified');
    L6=Link([0   l(5)       0    a          0  ],'modified');
    robot=SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6 ],'name','manman'); 
    A=unifrnd(-pi,pi/2,[1,30000]);
    B=unifrnd(-pi/2,pi/2,[1,30000]);
    C=unifrnd(-pi,pi,[1,30000]);
    D=unifrnd(-pi,pi/2,[1,30000]);
    E=unifrnd(-pi/2,pi/2,[1,30000]);
    F=unifrnd(-pi,pi,[1,30000]);
     
    G= cell(30000, 3);		%建立元胞数组
    for n = 1:30000
        G{n} =[A(n) B(n) C(n) D(n) E(n) F(n)];
    end                        	%产生3000组随机点                
    H1=cell2mat(G);              %将元胞数组转化为矩阵         
    T=double(robot.fkine(H1));      %机械臂正解 
    figure(1)
    scatter3(squeeze(T(1,4,:)),squeeze(T(2,4,:)),squeeze(T(3,4,:)))
    robot.plot([pi/2 pi/4 0],'workspace',[-5 5 -5 5 -5 5 ],'tilesize',2)		%机械臂图
    
    

    得到下图:
    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 机械电子工程课程设计必备
  • 六自由度机械手.bak

    2021-01-04 16:27:10
    六自由度机械手.bak
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空空如也

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