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1、五自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)建模與仿真吳碩,等五自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)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(shù)學(xué)院遼寧沈陽,110161)(2.國(guó)機(jī)智能技術(shù)研究院北京,100101)摘要:機(jī)器人最主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂,它是由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成的。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械臂正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)有著密切關(guān)系。針對(duì)自行設(shè)計(jì)開發(fā)的五自由度機(jī)械臂模型,根據(jù)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,提出了一種改進(jìn)D-H方法建立機(jī)械臂各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,從而推導(dǎo)出了五自由度機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型,并得出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)公式。通過在MATLAB中對(duì)建立的修改D-H模型進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算,并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)
2、行可視化仿真。仿真結(jié)果與數(shù)學(xué)函數(shù)公式推導(dǎo)結(jié)果一致,表明了理論模型和算法的正確性,為后續(xù)的機(jī)械臂軌跡規(guī)劃和控制系統(tǒng)夯實(shí)了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:機(jī)械臂;運(yùn)動(dòng)學(xué);D-H;建模仿真中圖分類號(hào):TP24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)建模機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某1.15R
6、機(jī)器人模型[1]些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。機(jī)器人最主要的自行設(shè)計(jì)的機(jī)械臂整個(gè)結(jié)構(gòu)為空間關(guān)節(jié)型的,其裝配執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂,它是由一系列連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)關(guān)示意圖如圖1所示。該機(jī)械臂具有五個(gè)自由度,分別為:節(jié)串聯(lián)而成的。機(jī)械臂位置控制是機(jī)械人控制的核心,機(jī)腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié),均為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。械臂位置控制主要涉及到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)其中底盤(腰關(guān)節(jié))實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂本體機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng);底盤與學(xué)原理包括正、逆運(yùn)動(dòng)。最早提出機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的大臂、小臂三個(gè)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)空間位置的定位;腕關(guān)節(jié)兩個(gè)自是Danevit和Hartenberg給出的D-H模型,但該模型存在由度實(shí)現(xiàn)
7、俯仰和擺動(dòng),通過改變手爪的位姿,方便負(fù)載的參數(shù)不易辨別,奇異點(diǎn)等問題。此后,Stone、Judd等人對(duì)抓取。模型進(jìn)行了改進(jìn)和修正,逐漸克服奇異點(diǎn)等問題。機(jī)械臂采用這種方法設(shè)計(jì)的機(jī)械臂可以認(rèn)為是由定位結(jié)構(gòu)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)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(jié)構(gòu)或手腕組成的。這樣設(shè)計(jì)出來解法較封閉解法難于實(shí)時(shí)控制,因此機(jī)械臂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的機(jī)器人都具有封閉解。另外,定位結(jié)構(gòu)都采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)一般采用固定設(shè)計(jì)模式,使設(shè)計(jì)出來的機(jī)械臂具有封閉解連桿轉(zhuǎn)角為0或90°的形
