机器人实验报告

1、实验一 机器人运动学实验1、 实验目的1 了解四自由度机械臂的开链结构；2 掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理；3 学会机器人运动方程的正反解方法。2、 实验原理 本实验以SCARA四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。 机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法：关节坐标空间法和直角坐标空间法。 本次实验用D-H变化方法求解运动学问题。建立坐标系如下图所

2、示连杆坐标系i 相对于 i 1 的变换矩阵 可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H 参数为由表1-1给出。齐坐标变换矩阵为：其中 描述连杆i 本身的特征；和描述连杆 i 1与i 之间的联系。对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变。表1-1 连杆参数表其中连杆长l1=200mm，l2=200mm，机器人基坐标系为O-X0Y0Z0。根据上面的坐标变换公式，各个关节的位姿矩阵如下：运动学正解：各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学模型）为：其中：z 轴为手指接近物体的方向，称接近矢量a （approach）；y 轴为两

3、手指的连线方向，称方位矢量o（orientation）；x 轴称法向矢量n（normal），由右手法则确定，n=o*a。p 为手爪坐标系原点在基坐标系中的位置矢量。运动学逆解：通常可用未知的连杆逆变换右乘上式：令两式对应元素分别相等即可解出。其中将上式回代，可得，令第二行第四个元素对应相等，可得：令第四行第三个元素对应相等，可得：所以，3、 实验步骤步骤1检查实验系统各部分的信号连接线、电源是否插好，完成后打开伺服驱动系统的电源开关。步骤2运行GRBserver程序，出现以下程序界面。图1-6 机器人示教程序界面步骤3按下“打开控制器”按钮，按下“伺服上电”按钮。步骤4清理周围环境，避免机械臂

4、运动时打到周围的人或物。检查末端执行器上的电线连接，避免第四个关节运动时电线缠绕而被拉断。步骤5按下“自动回零”按钮，机械臂自动回零。步骤6选择“关节空间”或“直角坐标空间”，选择“运动步长”，选择“运动速度倍率”为合适值。一般刚开始时尽量选择较小的值，以使运动速度不致太快。步骤7在“示教操作”区按下相应关节按钮，观察机械臂的运动情况。此时可以按下“记录”按钮，以便以后重复该次运动。步骤8重复步骤7，演示各种运动及功能。4、 实验数据及处理实验数据12-d34XYZ手爪11005020150-207.9296.9620149.9210050-20150-207.9296.96-20149.93

5、10050-20-150-207.9296.96-20-149.941308030-100-301.753.2229.9-99.951507030-100-326.4-25.5529.9-99.9运动学正解的MATLAB程序：x=1;A=cos(x) -sin(x) 0 0.2*cos(x);sin(x) cos(x) 0 0.2*sin(x);0 0 1 0;0 0 0 1y=2;B=cos(y) -sin(y) 0 0.2*cos(y);sin(y) cos(y) 0 0.2*sin(y);0 0 1 0;0 0 0 1d=-d3;C=1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 d;0 0

6、 0 1z=4;D=cos(z) -sin(z) 0 0;sin(z) cos(z) 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1T=A*B*C*D其中A=; B=; C=; D=分别把1、2、-d3、4的五组数据代入程序算出结果如下：第一组：A = -0.1736 -0.9848 0 -0.0347 0.9848 -0.1736 0 0.1970 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000B = 0.6428 -0.7660 0 0.1286 0.7660 0.6428 0 0.1532 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000C = 1.0000 0 0 0 0 1.0000

7、0 0 0 0 1.0000 0.0200 0 0 0 1.0000D = -0.8660 -0.5000 0 0 0.5000 -0.8660 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000T = 0.5000 0.8660 0 -0.2079 -0.8660 0.5000 0 0.2970 0 0 1.0000 0.0200 0 0 0 1.0000第二组：A = -0.1736 -0.9848 0 -0.0347 0.9848 -0.1736 0 0.1970 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000B = 0.6428 -0.7660 0 0.1286 0.766

8、0 0.6428 0 0.1532 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000C = 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 -0.0200 0 0 0 1.0000D = -0.8660 -0.5000 0 0 0.5000 -0.8660 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000T = 0.5000 0.8660 0 -0.2079 -0.8660 0.5000 0 0.2970 0 0 1.0000 -0.0200 0 0 0 1.0000第三组：A = -0.1736 -0.9848 0 -0.0347 0.9848 -0.1

9、736 0 0.1970 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000B = 0.6428 -0.7660 0 0.1286 0.7660 0.6428 0 0.1532 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000C = 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 -0.0200 0 0 0 1.0000D = -0.8660 0.5000 0 0 -0.5000 -0.8660 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000T = 1.0000 0.0000 0 -0.2079 -0.0000 1.0000 0 0.2970 0 0 1

10、.0000 -0.0200 0 0 0 1.0000第四组：A = -0.6428 -0.7660 0 -0.1286 0.7660 -0.6428 0 0.1532 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000B = 0.1736 -0.9848 0 0.0347 0.9848 0.1736 0 0.1970 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000C = 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0.0300 0 0 0 1.0000D = -0.1736 0.9848 0 0 -0.9848 -0.1736 0 0 0 0 1.0000 0

11、 0 0 0 1.0000T = -0.3420 -0.9397 0 -0.3018 0.9397 -0.3420 0 0.0532 0 0 1.0000 0.0300 0 0 0 1.0000第五组：A = -0.8660 -0.5000 0 -0.1732 0.5000 -0.8660 0 0.1000 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000B = 0.3420 -0.9397 0 0.0684 0.9397 0.3420 0 0.1879 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000C = 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0.0300 0 0 0 1.0000D = -0.1736 0.9848 0 0 -0.9