3自由度机器人的正运动学建模研究

发表时间:2021/2/3   来源:《科学与技术》2020年第28期   作者:陈雨1 张晋轩1 陆俊杰2
[导读] 基于D-H参数法建立D-H矩阵和D-H坐标系、并比较两种不同坐标系下3自由度机器人模型的建立

        陈雨1 张晋轩1  陆俊杰2
        1.广西大学行健文理学院 广西南宁530005   2.广西电网有限责任公司崇左凭祥供电局  广西崇左  532200


        摘要:基于D-H参数法建立D-H矩阵和D-H坐标系、并比较两种不同坐标系下3自由度机器人模型的建立,验证了两种不同坐标系下求得的机器人末端位姿矩阵一样。最后通过机器人学工具箱(Robotics Toolbox for MATLAB) 仿真3自由度机器人模型。

关键词:D-H参数;D-H矩阵;D-H坐标系;Robotics Toolbox


0 引言
        建立机器人坐标系有两种较为常用的方法,分别是旋量理论和D-H 法[1],相对于旋量理论,D-H法应用更为广泛[2-4]。
        D-H法的本质是坐标变换,将坐标系建立在机器人的移动或转动关节处,然后进行相应的坐标变换,得到关节变量参数表,代入运动方程获得解析解[3]。
        本文基于D-H参数法对3自由度机器人进行建模,通过D-H坐标系建立,列出D-H矩阵,得到机器人运动学模型,并用MATLAB的Robotics Toolbox工具箱搭建模型。
1 D-H运动学建模
1.1利用连杆坐标系确定D-H参数
        在D-H建模方法中,建立机器人D-H连杆坐标系后从相邻的两个连杆坐标系确定D-H参数,如图1-1所示。

        齐次矩阵是末端坐标系在基坐标系的位姿。将该矩阵表示的位姿与图2-1中坐标系相对于坐标系的位姿进行对比,两者相等,因此证明所建立的D-H运动学模型的正确性。图2-1的坐标系与图1-3中的坐标系位姿一样,因此两种方法求得的末端位姿一样,即。

4 结束语
    机器人运动学使用D-H参数法建模,各个关节和连杆的组合运动可实现预期的机器人末端的运动及位姿的变化,为后续机器人的运动规划提供研究。
参考文献:
[1]Bi S,Jie Liang. Robotic drilling system for titanium structures[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2011,54 (5-8):767-774.
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[3]宋伟刚.机器人学-运动学,动力学与控制[M].北京: 科学出版社,2007.
[4] Paul R P.Robot manipulators: mathematics,programming, and control[M].Cambridge,MA: The MIT Press,1981.
[5]殷固密,王建生.六自由度机器人运动学分析[J].机械工程师,2021(01):25-28.
[6]王春璐,王士军,孟令军,王鑫兴,王文龙.基于MATLAB的AUBO-i5协作机器人运动学分析与轨迹规划[J].制造技术与机床,2020(12):49-54.
[7]薛忠健.基于D-H法的锻造机器人运动学分析[J].机电工程技术,2020,49(11):40-42+128.
[8]祝洲杰,吴锂力,许林杰,刘顺利.轻型六自由度工业机器人设计与运动学分析[J].机电工程技术,2020,49(11):180-183.
[9]张海柱,符秀辉.六轴工业机械臂轨迹规划的研究与仿真[J].科技风,2020(32):172-173+184.
[10]苏慧平,赵双双.工业机器人运动学分析及其轨迹拟合分析[J].电子测试,2020(21):62-63+31.
基金项目:广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY54017),名称:机械手臂的空间直线插补和空间圆弧插补算法的研究。
广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY54016),名称:基于BP神经网络法单相接地故障选线的研究
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