工业机器人课程设计.doc

工业机器人课程设计 基于Matlab的工业机器人运动学和雅克比较矩阵求解 目录 PUMA560机器人简介 4 PUMA560机器人的正解 5 1、确定D-H坐标系 5 2、确定各连杆D-H参数和关节变量 5 3、求出两杆间的位姿矩阵 5 4、求末杆的位姿矩阵 6 5、Matlab编程 7 6、验证 7 PUMA560机器人的逆解 8 1、求 8 2、求 8 3、求 9 4、求 10 5、求 10 6、求 11 7、解的多重性 11 8、Matlab编程 11 9、对于机器人解的分析 12 机器人的雅克比矩阵 12 1、定义 12 2、雅可比矩阵的求法 12 3、微分变换法求机器人的雅可比矩阵 13 4、矢量积法求机器人的雅克比矩阵 15 5、Matlab编程 15 附录 16 1、程序 16 2、三维图 24 摘要 机器人学作为一门高度交叉的前沿学科，引起许多具有不同专业背景人们的广泛兴趣，对其进行深入研究，并使其获得快速发展。尤其是近年来各种新兴技术飞速发展,机械工业产品的自动化、高精度、重负载等性能指标变得越来越突出。因此在机器人学的计算中就要求更高的精度，计算机技术的发展很好的解决了这一问题。本文将以PUMA560为例，利用个人电脑平台的Matlab对其运动学的正解、逆解以及雅克比矩阵进行计算研究。 关 键 词 PUMA560 Matlab 正解 逆解 雅克比矩阵 微分变换法 矢量积法 ABSTRACT As a highly interspersed subject, the robotics makes many people who major in different subject interest in it, research and develop it. Especially in recent years, with the rapid development of varieties of emerging technologies, mechanical products indexes of automation，high precision and the re-load are becoming more and more outstanding. There is a need of greater precision in the calculation of robotics and computer technology makes it possible. In this paper we will use Matlab to research the kinematics problem and Jacobian array of PUMA560. KEY WORDS PUMA560 Matlab Kinematics problem Positive-solution Inverse-solution Jacobian array Differential transformation Vector product transformation PUMA560机器人简介 PUMA560是属于关节式机器人，6个关节都是转动关节，如图1—1所示，前三个关节确定手腕参考点的位置，后三个关节确定手腕的方位。和大多数工业机器人一样，后三个关节轴线交于一点。该点选作为手腕参考点，也选作为{4}、{5}、{6}的原点。关节一的轴线为垂直方向，关节2和关节3的轴线为水平，且平行，距离为。关节1和关节2的轴线垂直相交，关节3和关节4的轴线垂直交错。距离为。各个连杆坐标系如图1—1所示，相应的连杆参数列于表1—2中。其中，，，， 。 在更进一步了解PUMA560机器人的转动角度问题时，我们先来定义一下PUMA560机器人的初始位姿。首先,定义机器人的初始位置.取大臂处于某一朝向时,作为腰关节的初始位置.大臂处在水平位置时,作为肩关节的初始位置.小臂处在下垂位置,关节轴线Z4和Z0平行时,作为肘关节的初始位置.关节轴线Z5和Z3平行时,作为腕扭转关节的初始位置.关节轴线Z6和Z4平行时,作为腕弯曲关节的初始位置.抓手两个指尖的连线与大臂平行时,作为腕旋转关节的初始位置.在上述初始位置的前下,各个关节的零点位置得到确定. D-H坐标系 PUMA 560的关节全为转动关节: 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αi: Zi和Zi-1两轴心线的夹角; 两连杆距离di: Xi和Xi-