工业机器人技术报告

实验报告实验目的通过改良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比照，验证理论推导的正确性。通过对Matlab软件的学习，掌握仿真建模方法；熟悉MATLAB/RoboticsToolbox工具箱的应用；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；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：本次采用改良的D-H建模方法,利用MATLAB/RoboticsToolbox中的函数建立6R机械臂的数学模型，编写的建模程序如下：L{1}=link([0

0

0

0.384

0],'modified');

L{2}=

link

([-pi/2

0.375

0

0

0],'modified');

L{3}=

link

([0

0.543

0

0

0],'modified');

L{4}=

link

([0

0.66

0

0

0],'modified');

L{5}=

link

([-pi/2

0

0

0.45

0],'modified');

L{6}=

link

([0

-pi/2

0

0.50

0],'modified');

ROBOT_6R=robot({L{1}

L{2}

L{3}

L{4}

L{5}

L{6}

});

ROBOT_6R.name='6RROBOT'输入界面如图下所示：图1建立六轴机器人仿真模型程序截图输出结果如下：图2仿真模型输出界面2.6R机械臂模型正运动学计算：完成了6R机械臂基于改良的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RoboticsToolbox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_6R为构建的机器人模型，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4×4的矩阵代表坐标变化，第三维表示的是时间。在MATLAB中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MATLAB计算得到的运动学正解为：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为建立的机械臂模型，Q为初始猜想点〔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MATLAB中的函数ikine进行逆运动学的求解运算，得到：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那么的结果,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运动学特性以及运动轨迹。以自己构建的ROBOT_6R机器人为例，假设ROBOT_6R型机器人要在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]，那么在关节空间进行归集规划的过程如下：首先创立一个运动时间向量，假定采样时间为0.01秒，那么有：t=[0:0.03:3]’;在关节空间中插值可以得到：qz=[pi00–pi/200];qr=[pipi/6pi/12–pi/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：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列图所示：图8ROBOT_6R的初始状态图9运行轨迹1图10运行轨迹2图11ROBOT_6R的最终状态结果陈述1、按上述步骤建立ROBOT_6R模型机器人图122、求该模型正解图133、求该模型逆解图14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，让我更加稳固了对该仿真软件的根本使用方法，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根本原理与控制结构，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:验证性实验〔报告〕评分细那么表评分工程总分值标准成绩权重原始数据准确、真实可信，记录完整40％实验数据分析与处理分析与处理正确，有必要的过程，能恰当运用图表，分析全面、正确结论合理。20％实验报告实验报告格式标准，内容完整10％撰写质量撰写认真、报告整洁、清晰10％实验心得与思考题有心得体会，完成思考题20％A〔100~85〕B〔84~75〕C〔74~65〕D〔64~60〕F〔<60〕成绩评定：