工业机器人技术报告

1、实验报告一、实验目的通过改进D-H建模方法在MATLAB/RoboticsToolbox中建立机械臂数学模型，并对模型进行正运动学和逆运动学计算，并将该模型计算的结果与理论推导得到的结果进行对比，验证理论推导的正确性。1.通过对Matlab软件的学习，掌握仿真建模方法；2,熟悉MATLAB/RoboticsToolbox工具箱的应用；3.通过建模，学习多自由度机器人的控制方法，研究分析其控制运动的规律；4,通过运动建模结果分析，与理论值相对应掌握分析方法，验证仿真的正确性。二、实验过程1.建立6R机械臂数学模型：本次采用改进的D-H建模方法，利用MATLAB/RoboticsToolbox中的

2、函数建立6R机械臂的数学模型，编写的建模程序如下：L1=link(0000.3840,modified);L2=link(-pi/20.375000,modified);L3=link(00.543000,modified);L4=link(00.66000,modified);L5=link(-pi/2000.450,modified);L6=link(0-pi/200.500,modified);ROBOT_6R=robot(L1L2L3L4L5L6);ROBOT_6R.name=RROBOT输入界面如图下所示：|L1=link(0000.3840/modified);L2=link(-p

3、i/20.375000；modified);L3=link(00.543000；modified);L4=link(00.66000/modified);L5=link(-pi/2000.45modified-L6=link(0-pi/200.500/modified);ROBOT_6R=robot(L1L2LL4L5L6);ROBOT_6R.name=r6RROBOTr图1建立六轴机器人仿真模型程序截图输出结果如下:ROBOT6R=6RROBOT(6axis,RRRRRR)modifiedD&Hparametersgrav=0.000.009.81AthetaDR/P0.0000000.00

4、00000.0000000.384000R-15707960.3750000,0000000000000RO.COOOOC0.543。0.0000000000000R0.0000000.6600000.0000000.00000。R-1.5707960.0000000.0000000.450000R0.0000001.5707960.0000000,500000R图2仿真模型输出界面kJ-HIThfJddddddoocooommmmmmJt/I.ft.ftft/I2. 6R机械臂模型正运动学计算:完成了6R机械臂基于改进的D-H方法的建模工作，然后对此模型进行正运动学求解。利用Robotics

5、Toolbox中的fkine函数可以实现机器人正运动学问题的求解。其中fkine函数的调用格式：T=fkine(ROBOT_6R,q)参数ROBOT_6的构建的机器人模型，q为每个关节在关节空间内的角位移量，T为由q定义的每个前向运动学的正解。返回的矩阵T是一个三维的矩阵，前两维是4X4的矩阵代表坐标变化，第三维表示的是时间。在MATLAEfr编写程序进行运动学正解的计算:qz=0pi/12pi/3pi/4pi/8pi/6,T=fkine(ROBOT_6R,qz)运行程序后，由MATLABf算得到的运动学正解为:qz=0pi/3pi/4pi/2pi/5pi/6qz二01.04720.7S541

6、.570S0.62830.5236T=fkine(ROBOT6氏q#%达四学睁-03929-0.91350.105300.8824-0.4067-0.236400.25880,00000.96591,94910.9233-0.135001,0000图3运动学正解3. 6R机械臂模型逆运动学计算：利用RoboticsToolbox中的ikine函数可以实现机器人逆运动学问题的求解。其中ikine函数的调用格式：Q=ikine(ROBOT_6R,T)参数ROBOT_6R建立的机械臂模型，Q为初始猜测点(默认为0),T为要反解得变换矩阵。将上面运动学正解得到的齐次变换矩阵T,利用MATLA中的函数i

7、kine进行逆运动学的求解运算，得到：Q=ikine(ROBOT_6RfT)Q=0.0000-4.37015.4978-4.00750.62830.5236图4逆运动求解结果计算得到的逆解只是逆解空间中的其中一个解，这是由RoboticsToolbox内置算法对逆解的选择原则的结果，将结果代入方程验证，结果与理论值相同，仿真结果互相验证了理论推导和RoboticsToolbox中所建的模型均是正确且可行的。4. 6R机械臂模型逆运动学仿真：利用RoboticsToolbox对6R机器人进行运动学的仿真。通过机器人的控制面板直接对机器人关节进行操作，可以动态的显示机器人从初始位置运动到目标位置的

8、运动学特性以及运动轨迹。以自己构建的ROBOT_6机器人为伤假设ROBOT_6理机器人要在2秒内从初始状态qz=pi00-pi/200平稳地运动到状态qr=pipi/6pi/12-pi/1.500,则在关节空间进行归集规划的过程如下：首先创建一个运动时间向量，假定采样时间为0.01秒，则有：t=0:0.03:3;在关节空间中插值可以得到：qz=pi00pi/200;qr=pipi/6pi/12pi/1.500;q,qd,qdd=jtraj(qz,qr,t);整个演示过程可调用一下语句查看：plot(ROBOT_6R,q);输入界面如下： t=0:0.03:3; qz=000-pi/200; q

9、r=pipi/6pi/12-pi/1.500； q.qd.qdd=jtraj(qzfqrft); plot(ROBOT_6R,qz); plot(ROBOT_6Rfq);图5运动学仿真程序各关节角度变化情况：图6各关节初始角度图7各关节最终角度运行结果以及控制面板最终界面如下图所示:图8ROBOT_6R勺初始状态图9运行轨迹1三、结果陈述1、按上述步骤建立ROBOT_6模型机器人|R0B0T_6R=6RROBOT(6axis.RRRRRR)modifiedD3tHparametersgrav-0.000.009.81alphaAthetaDR/P0.0000000.0000000.000000

10、0.384000R-1,5707960.3750000,0000000H0000QR0.0000000.5430000,0000000900000R0.0000000.6600000,0000000.000000R-1,5707960000000,000000450000R0.000000-L5707960.0。口000O.5OOQQOR图12oooooommmmmm-flk-flfrvfrlxth-rl-2、求该模型正解qz=0pi/3pi/4pi/2pi/5pi/60523601.04720.78541.57080.62B3T二十力口曰30801_6比92)%运动学11解01.0000-0

11、3929-0.91350,105300.8824-0.4067-0.236400.25880.00000.96591.94910.9233-0:1350图133、求该模型逆解Q=ikine(ROBOT_6RpT)Q=0.0000-437015.4978-4.00750.62830.5236图14四、实验总结本次实验利用Matlab中的Roboticstoolbox对机器人进行建模求解及其仿真运动的实验，我对Matlab有了一个全新的认识，以前我们只是用来进行数学运算或者电路仿真分析，而本次实验让我懂得Matlab还可以进行工业机器人的仿真建模以及运动求解，功能确实很强大。通过本次实验，让我更加巩固了对该仿真软件的基本使用方法，并学习掌握了更多操作命令；其次是熟悉了软件中的RoboticsToolbox工具箱和添加自己仿真所需要的库文件的过程，还在课堂上了解了机械臂的基本原理与控制结构，学会使用了机械臂运动的控制与调试方法。对Matlab还不熟练，经过了较长时间的摸索，最终完成了6R机械臂的仿真模型构建，求得运动后的正解逆解并进行了效果展示，取得了预期的成果。指导教师批阅意见：评分项目满分标准成绩权重原始数据准确、真