测控实验之机械手.doc

机电系统测控实验（机械手）实验报告学号： 姓名： 班级： 指导教师： 一，设计思路：机器手朝向自己 M1左转 机器人整体向右转动 M2左转 机器人手臂伸长 M3左转 机器人手臂升高 M4左转 机器人手张开二，机械手的应用领域机械手是一种模仿人手的某些工作机能，被给定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运工件，或者完成某些劳动作业的机械化、自动化装置1。国外把它称为：操作机(Manipulator) 、机械手(Mechanical Hand )。机械手只能完成一些比较简单的抓取，搬运及上下料工作、常常作为机器设备上的附属装置。因此具有一定的专用性，所以又称为专用机械手。机器人是能模仿人的某些工作机能和控制机能，按可变的程序、轨迹和要求，实现多种工件的抓取、定向和搬动工作，并且能使用工具完成多种劳动作业的自动化机械系统。因此，机器人比机械手更为完善，它不仅具有劳动和操作的机能而且还具有学习、记忆及感觉功能。国外把它称为程序控制操作机(Programmable Manipulator)。通常则称为机器人(Robot)。三，机械手的主要结构机构简图对机械手抓取货物的构件进行仿真计算 其机构为四杆机构如图所示，设输入杆L1的转角1=w1t,w1=150,求输出杆L3转角3随时间的变化规律，并求其角速度和角加速度。解： 建模 四杆机构的运动方程由X和Y方向的长度关系确定为： L1cos1+L2cos2 L3cos3-L0 =0 （1）L1sin1+L2sin2 L3sin3 =0 （2） 从上述两个方程中消去2，便可化成一个只包括1和3的方程，给定1，可满足此方程的3。 由（2）得 sin2 = (L3sin3 L1sin1)/L2 （3）将（1）式中的cos2带以 1-sin22 ,得出f(1 , 3)= L1cos1 + L21 - L3sin3 L1sin1 2 - L3cos3 L0 L2 = 0 (4)在1给定时，求能使f（3）=0 的3值后，然后，2就可由（3）式求得。可调用MATLAB中的fzero函数求满足f(3) = 0 的3值。故可把f（3）=0单独定义为一个MATLAB的函数ex714f.m，在主程序中调用它。 求的1 、2 和3后，根据求瞬时速度的方法由杆1的角速度求出杆3的角速度，瞬时速度是理论力学的解法，其根据就是杆2两端点a和b的速度沿杆方向的分量相等，通过三角关系，有L1w1cos -1 + 2 = L3w3cos 3 - 2 2 2 从而 L L1w1cos -1 + 2 W3 = 2 L3w3cos 3 - 2 2 由杆2两端点a 和b 的速度沿杆长垂直方向的分量之差，可以求出杆2的角速度 W2 = 1 -L3sin 3 - 2 L1w1sin -1 + 2 L1 2 2 四， MATLAB程序： 1，主程序exn714aglobal L0 L1 L2 L3 th1L0 = 30； L1 = 10; L2 = 25; L3 = 40;theta1 = input(当前角 theta1 = );theta3 = input(对应于theta1的theta3近似值 =)th1 = theta1; theta3 = fzero (exn714f,theta3);theta2 = asin (L3* sin(theta3) L1 * sin (theta1)/L2);w1 = input (w1 = );w3 = L1 * w1 * cos(pi/2 theta1 + theta2 )/ (L3 * COS(theta3 pi/2 theta2)2， 主程序exn714bGlobal LO L1 L2 L3 th1L0=20;L1=8;L2=25;L3=20;W1=input(杆1角速度w1=)theta1=linspace(0,2*pi,181);theta3=input(对应于theta1最小值处的theta3(近似估计值)=);dt=2*pi/180/w;th1=theta1(1);theta3(1)=fzero(exn714f,theta3);for i=2:181th1 =theta1(i);theta3(i)=fzero(exn714f,theta3(i-1);endsubplot(1,2,1),plot(theta1,theta3),ylabel(theta3),gridw3=diff(theta3)/dt;subplot(1,2,2),plot(theta1(2:length(theta1),w3);grid子程序exn714ffunction y = exn714f(x)global L0 L1 L2 L3 th1y = L1 . * COS(th1) + L2 * sqrt(1- (L3 * sin(x) L1 * sin (th1).2/L2/L2) - L3 * cos（x）- L0;五， 结果分析：（1）由主程序exn714a及子程序exn714f计算得：theta1=100 theta3=1 w1 = 100 w3 = -71.8492（2）由主程序exn7