三自由度机器人手臂的运动学可视化求解研究.pdfVIP

学兔兔 第5期 (总第156期) 机 械 工 程 与 自动 化 NO．5 2009年10月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUT0MAT10N 0ct． 文章编号：1672—6413(2009)05—0007—02 三自由度机器人手臂的运动学可视化求解研究 侯国柱，汤学华 (上海电机学院 机械学院，上海 200245) 摘要：利用Pro／E软件建立机器人手臂模型后，再建立各个关节的坐标系，并给出机器人手臂各连杆参数、各 关节变量初始值及其变化范围。运用机器人正、逆解的求解方法在VC++里做出机器人手臂正、逆解的可视化 求解界面，此界面既加快了机器人正、逆解的求解速度，也为机器人的控制奠定了基础。 关键词：机器人模型；正解和逆解；可视化求解界面 中图分类号：TP242 文献标识码：A 0 引言 中的 轴、 。轴和 。轴均垂直指向纸外。 机器人操作臂可以看成一个开式运动链，它是由 各连杆参数中，a 为连杆的长度；嘶为轴线 一 和 一 系列连杆通过转动或移动关节串连而成。开链的一 轴线z 的夹角，本例中a 为腰关节的转角，即 。与 端固定在基座上，另一端是自由的，安装着工具(或称 之间的夹角，为9O。，由于 与 以及 与 。之间相 末端执行器)，用以操作物体，完成各种作业[1]。对于 互平行，故／1, === 一0。；0i为a 与a 之间的夹角，本 给定的一个机器人，已知杆件几何参数和关节变量，求 例中 为 与a 之间的夹角，即绕 轴由a 到a 解末端执行器相对于给定坐标系(总体坐标系)的位置 之间的夹角，为45。， 。为a 与n。之间的夹角，即绕 和姿态，被称为运动学正问题；已知机器人杆件的几 。。轴由n。到n。之间的夹角，为一3O。。各连杆参数、各 何参数，给定末端执行器相对于总体坐标系的位置和 关节变量初始值及其关节变量范围见表1。 姿态，来求解机器人各个关节的变量大小，被称为运 动学逆问题L2]。科学计算可视化就是运用计算机图形 学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算 等产生的大规模数据转换为图形、图像，以直观的形 式表示出来。如何把机器人运动学正问题和逆问题用 界面的形式清晰、直观地表达出来就是本文研究的重 点。此界面既加快了机器人正、逆解求解速度，也为 机器人的控制奠定了基础。 1 机器人手臂模型的建立 关节型机器人手臂有3个转动关节，腰关节的转 轴是铅垂的，手臂在水平面内可绕腰关节轴转动，肩 关节和肘关节的转轴平行，且都平行于水平面，故手 臂可在垂直面内转动。图1为利用Pro／E软件建立的 图1 机器人手臂模型 机器人手臂模型l-3 ]，图中模型关节部位没有安装减 2 可视化界面制作 速器和电机。依该模型各个关节建立的坐标系 如图 机器人的运动学主要是把机器人相对于固定参考 2所示，其中坐标系O。z。Y。 。的Y。轴垂直指向纸里， 系的运动作为时间的函数进行分析研究，而不考虑引 坐标系O1．271Y1 1、坐标系O25C2 2 2和坐标系O3．273Y3 3 起这些运动的力和力矩，也就是要把机器人的空间位 *上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金项目 (sdj一07006) 收稿日期：2009—05—25 作者简介：侯国柱(1976一)，男，内蒙古赤峰人，助理工程师，硕士，研究方向：先进制造技术。 学兔兔 ·8·