机器人学课程设计 基于Matlab的签名机器人建模与仿真报告.docxVIP

机器人学课程设计 基于Matlab的签名机器人建模与仿真 TOC \o 1-5 \h \z 22100 一、课程设计问题描述 1 14189 1. 基本要求 1 3554 2. 实现正运动学与工作空间 1 30201 3. 实现逆运动学轨迹规划 1 12613 4. 自由发挥项 1 17115 5. 附录要求 1 10520 二、六自由度机器人设计 1 13586 1. 机器人的基本构型设计 1 26118 2. 机器人的关节与连杆参数设计 1 25013 三、正运动学实现与工作空间 2 23413 1. 建立坐标系 2 7802 2.建立D-H表 3 8329 4. 机器人正运动学仿真结果与工作空间 4 25908 四、机器人逆解与奇异型分析 5 29212 2. 机器人轨迹规划仿真结果 6 18524 五、机器人数值解法改进 7 26019 1. 逆运动的数值解法 7 10478 六、心得体会 10 23578 七、程序流程与代码附录 10 一、课程设计问题描述 1. 基本要求 设计一款六自由度机器人，要求2,3,4,5关节中有一个是滑动关节，其余关节 应为转动关节。试构想该机器人的功能，并根据功能设定机器人的介绍参数（杆 件长及关节极限）； 建立机器人的正运动学模型，进行Matlab运动仿真。（分析机器人的工作空 间，制作机器人的各个运动的动画）。 实现正运动学与工作空间 自行设计一个六自由度机器人，对其关节建立坐标系，注意包含滑动关节； 给出所设计的六自由度机器人的 D-H 参数表； 推导所设计的六自由度机器人的正运动学，写出各个齐次变换矩阵； 使用 MATLAB 编程，得出机器人工作空间，包含立体图和剖面图、机器人 工作动画； 对设计的六自由度机器人机器的工作空间进行简单分析。 实现逆运动学轨迹规划 这里特征机器人末端的轨迹规划，不是关节空间的轨迹规划； 要实现控制机器人末端在空间完成某种轨迹（如直线、圆弧、写字、画图等）； 可以采用求解逆运动的方程或者是利用微分运动； 写出详细的推导过程（公式）； 使用 MATLAB 编程仿真，得到仿真动画和图片。 自由发挥项 机器人完整逆解（数值解）； 寻找奇异点，分析奇异位型； 附录要求 附程序流程图； 附代码。 二、六自由度机器人设计 机器人的基本构型设计 如下图1所示为自行设计的六自由度机器人的基本构型。该构型有六个自由 度， 除第5个关节为伸缩关节外，其余关节为旋转关节 图 1 6Dof 机器人构型 机器人的关节与连杆参数设计 如图 2 所示为自行设计的六自由度机器人的各项参数。该机器人共包含六个自由度。第一个关节为旋转关节，旋转范围为60°?120° ,第二个关节为旋 转关节，旋转范围为10°?60°,第一个关节与第二个关节之间的不动连杆固定 长度为30cm,第三个关节为旋转关节，旋转范围为-145°?-100°，第三个关节 与第三个关节之间的不动连杆固定长度为70cm，第四第五个关节均为旋转关 节，两个关节是组合在一起与第三个关节的不动连杆固定长度为40cm、第五个 关节为滑动关节，滑动范围为10?20cm,离该关节30cm的，第六个关节到末端 距离为 10cm。 三、正运动学实现与工作空间 1. 建立坐标系 图 3 按摩机器人坐标系 2.建立D-H表 其 D-H 参数表示如表 1 所示 分析正运动 根据正运动学原理，可以推导出六个正运动学变换矩阵为： 即：末端位置在 base 坐标系下的位置为： 0T7=1T7=1T2*2T3*3T4*4T5*5T6* 6T7 机器人正运动学仿真结果与工作空间 根据正运动学原理，在 MATLAB 软件上对机器人进行仿真，机器人构型仿 真效果如图 4 所示，仿真效果与我们期望构建的机器人效果相符。根据正运动 学原理，仿真机器人画工作空间，其过程图如图 5 所示， 工作空间的效果图及 其三视图如图 6、7、8 所示 图 4 6Dof 机器人 图 5 6Dof 机器人工作空间 由于绘制工作空间所选角度较大，俯视图的工作空间线条之间的间隔较大，如下 图 6 为工作空间的俯视图，图 7 为侧视图，图 8 为正视图。 图 6 工作空间俯视图 图 7 工作空间侧视图 图 8 工作空间正视图 仿真结果分析 通过仿真机器人的工作空间，可以看到机器人能到达的具体位置，显然和我们设想的范围一样。机器人手臂最长时可以达到 150，由于机器人不同关节之间 的限制关系，根据限制条件，仿真运动的范围与我们机器人构型设计的理论范围 一致。 四、机器人逆解与奇异型分析 1. 机器人逆运动学与微分运动学分析 逆运动学问题通常指已知末端操作手的位置和姿态，求解对应的关节变量。由于 存