【《某六自由度电焊喷涂机器人的运动分析案例》1600字】

某六自由度电焊喷涂机器人的运动分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u17357某六自由度电焊喷涂机器人的运动分析案例 135701.1建立坐标系的原理 1213201.2机器人坐标系的建立 2229521.3机器人运动分析 3159531.1.1连杆坐标系和连杆参数 3307611.1.2连杆变换矩阵 41.1建立坐标系的原理为了进行运动学分析，首先要建立基本坐标系，如图3-1所示。在同一个坐标系上，表示手部、腕部、小臂、大臂、腰部的每个臂杆与关节相关变量。在对以上变量开展运动学分析时，给出运动方程对应的Jacobian矩阵，之后还要进行逆运算，过程非常复杂，依靠现阶段的计算性能不能够获得相应数值。故而依靠中间坐标系进行坐标变换，就很大程度上降低计算量，优化了计算过程。其基本原理为于第三关节上构造动坐标系与静坐标系，首先在静坐标系中对运动形式进行分析，接下来在动坐标系中分析相应运动形式。机体执行末端的运动分解为执行末端在动坐标系中运动分量、动坐标系在静坐标系中运动分量两大部分。最后把处于基坐标系中臂杆与关节对应参数值变换于中间静坐标系中[7]。图SEQ图\*ARABIC3-1机器人坐标图1.2机器人坐标系的建立如图3-2所示，关节型机器人拥有6个关节，除了基座以外的7个杆臂（末端连杆6未在图中标出），每个关节都是主动的回转运动，所以该机器人的自由度为6。其中，连杆1和基座（连杆0）在关节1处做回转运动；连杆2和连杆1在关节2处做回转运动；连杆3和连杆2在关节3处做回转运动；连杆4和连杆3在关节4处做回转运动；连杆5和连杆4在关节5处做回转运动；连杆6和连杆5在关节6处做回转运动。图3-2关节和臂杆在计算过程中，为了大量减少计算量，必须要根据坐标系建立方法建立合适的坐标系，即如何选择基坐标系、相对坐标系原点，以及坐标系的方向和角度，以获得形式简单的运动方程，所以在设立坐标系时要注意：首先使机器人处于初始状态，即坐标系零位，在机器人运行过程中，基座是固定不动的，所以在基座上设立基坐标系{0}，竖直向上为轴正方向，关节1为原点，与的位置如图16所示；为了计算方便，在各个关节建立不同坐标系时，令x轴同向、原点在同一水平面内，否则每个关节的θ都需要加上前一个关节的相对的θ的值，计算起来很麻烦；对于执行机构，即手部，z轴要和操作对象共线，原点O要尽量位于中心，以方便获取其在空间中的坐标值。1.3机器人运动分析1.1.1连杆坐标系和连杆参数在进行机器人的空间运动分析时，先建立坐标系：在基座上建立基坐标系{0}，再在其余各关节上分别建立动坐标系{2}、{3}、{4}、{5}、{6}，其中与各轴轴线共线，具体方向取定如图3-3。并且在该机器人坐标系中，小臂、腕部和手部轴线交于一点，这一点就是他们三个关节对应坐标系的共同原点。[8]图3-3机器人的连杆坐标系统在计算过程中，会用到一些参数，其定义如下：为到沿着的距离；为到绕着的角度；为到沿着的距离；为到绕着的角度。通过分析得到如表3-1中所示参数：表3-1KUKA622/100机器人的连杆参数连杆1320°0°002100°-90°0397.5°0°04360°-90°5300°90°006360°-90°00在这些参数中，表示连杆i-1的长度，所以它的值是正的，其余的、和的值却没有这一限制。由之前的坐标系建立，为关节1轴线，方向与重力加速度相反；在关节2的轴线上，在关节3的轴线上，它们平行且距离为；与互相垂直且相交与一点；和互相垂直且在空间中交错（不相交），其距离为。见表7，其中，，。1.1.2连杆变换矩阵由之前得到的关节机器人连杆动力学方程，以及求得的各连杆和各关节参数，列出运动学矩阵如下（为了表达方便，本文将sin函数关系和cos函数关系分别用s、c来表示）：[9]在中，的位置应该是{1}系位置矢量元素的位置；同理，的位置也是。机器人的总变换矩阵为：上式表明，总变换矩阵显然是关节变量、、……的函数。在已知一些连杆变量的时候，仍然无法计算出其结果，为了得到未知的关节变量，需要采用一些计算方法，最终计算得变换矩阵的结果为：式中，表示，表示。以上解出来的的就是机器人总变换矩阵中各个参数，通