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《五自由度機械臂運動學系統(tǒng)建模與仿真.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、五自由度機械臂運動學系統(tǒng)建模與仿真吳碩,等五自由度機械臂運動學系統(tǒng)建模與仿真12吳碩,吳桐(1.遼寧裝備制造職業(yè)技術學院遼寧沈陽,110161)(2.國機智能技術研究院北京,100101)摘要:機器人最主要的執(zhí)行機構是機械臂,它是由一系列連桿通過轉動或移動關節(jié)串聯(lián)而成的。機械臂結構設計與機械臂正、逆運動學公式推導有著密切關系。針對自行設計開發(fā)的五自由度機械臂模型,根據(jù)機械臂運動學原理,提出了一種改進D-H方法建立機械臂各關節(jié)坐標系,從而推導出了五自由度機器人機械臂運動學數(shù)學模型,并得出了相應的數(shù)學函數(shù)公式。通過在MATLAB中對建立的修改D-H模型進行正、逆運動學計算,并對機械臂進
2、行可視化仿真。仿真結果與數(shù)學函數(shù)公式推導結果一致,表明了理論模型和算法的正確性,為后續(xù)的機械臂軌跡規(guī)劃和控制系統(tǒng)夯實了基礎。關鍵詞:機械臂;運動學;D-H;建模仿真中圖分類號:TP24文獻標識碼:ADOI編碼:10.14016/j.cnki.1001-9227.2017.02.026Abstract:Therobotisthemostimportantimplementationoftherobotarm,whichisaseriesofconnectingrodsbyrotatingormovingjointsformedinseries.Thestructuredesignof
3、themanipulatoriscloselyrelatedtothemodelingandsolvingofkinematicsandinversekinematics.Accordingtothekinematicsprincipleofthemanipulator,animprovedD-Hmethodisproposedtoestablishthejointcoordinatesystemofthemanipulator,whichisbasedonthe5-DOFmanipulatormodeldesignedanddevelopedbyourselves.Thekine
4、maticsmodeloftherobotmanipulatorwithfivedegreesoffreedomisdeducedandthecorrespondingmathe-maticalfunctionformulaisobtained.TheforwardandinversekinematicscalculationofthemodifiedD-HmodeliscarriedoutinMATLAB,andthevisualsimulationofthemanipulatoriscarriedout.Thesimulationresultsareingoodagreemen
5、twiththoseofthemathematicalfunctionformula,whichshowsthecorrectnessofthetheoreticalmodelandthealgorithm,thuslayingasolidfoundationforthefollowingtrajectoryplanningandcontrolsystemofthemanipulator.Keywords:manipulator;kinematics;D-H;modelingandsimulation0引言1機械臂運動學系統(tǒng)建模機器人是一種能夠進行編程并在自動控制下執(zhí)行某1.15R
6、機器人模型[1]些操作和移動作業(yè)任務的機械裝置。機器人最主要的自行設計的機械臂整個結構為空間關節(jié)型的,其裝配執(zhí)行機構是機械臂,它是由一系列連桿通過轉動或移動關示意圖如圖1所示。該機械臂具有五個自由度,分別為:節(jié)串聯(lián)而成的。機械臂位置控制是機械人控制的核心,機腰關節(jié)、肩關節(jié)、臂關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié),均為轉動關節(jié)。械臂位置控制主要涉及到機器人運動學原理,機器人運動其中底盤(腰關節(jié))實現(xiàn)機械臂本體機構的轉動;底盤與學原理包括正、逆運動。最早提出機械臂正運動學模型的大臂、小臂三個關節(jié)實現(xiàn)空間位置的定位;腕關節(jié)兩個自是Danevit和Hartenberg給出的D-H模型,但該模型存在由度實現(xiàn)
7、俯仰和擺動,通過改變手爪的位姿,方便負載的參數(shù)不易辨別,奇異點等問題。此后,Stone、Judd等人對抓取。模型進行了改進和修正,逐漸克服奇異點等問題。機械臂采用這種方法設計的機械臂可以認為是由定位結構逆運動學求解主要包括封閉解法和數(shù)值解法。由于數(shù)值及其后面串聯(lián)的定向結構或手腕組成的。這樣設計出來解法較封閉解法難于實時控制,因此機械臂在結構設計上的機器人都具有封閉解。另外,定位結構都采用簡單結構一般采用固定設計模式,使設計出來的機械臂具有封閉解連桿轉角為0或90°的形
