四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究-论文.pdf

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1、第36卷第2期中国农机化学报Vo1．36No．22015年3月JournalofChineseAgriculturalMechanizationMar．2015DOI：10．13733／j．jcam．issn．2095—5553．2015．02．077四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究刘敦宁，王士军，赵勇，郑晓龙，张军伟(LU东理工大学机械工程学院．山东淄博．255049)摘要：以四自由度码坯工业机器人为研究对象，采用D—H法建立机器人各连杆坐标系．根据各连杆的位置关系．经过矩阵变换，获得其运动学的正解和逆解，研究关节空间内码坯机器人的三次多项式轨迹规划，进行Matl

2、ab环境下轨迹规划仿真．获得关节角、角速度和角加速度随时间变化的曲线。通过仿真结果的分析，验证轨迹规划的可行性、合理性和准确性，保证码坯机器人的平稳运行关键词：机器人；四自由度；D—H法；轨迹规划；Matlab仿真中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：2095—5553(2015)02—0290—03刘敦宁，王士军，赵勇，郑晓龙，张军伟．四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究叨．中国农机化学报，2015，36(2)：290～292LiuDunning,WangShijun，ZhaoYong，ZhengXiaolong，ZhangJunwei．Trajectoryp

3、lanningandsimulationstudyforFour—DOFpalletizingrobotlJ】．JournalofChineseAgriculturalMechanization，2015，36(2)：290-292由度码坯机器人连杆D—H参数如表1所示。0引言码坯机器人经常应用在码坯、码垛和搬运等工作中．它具有运行平稳、准确和高效等优点。本研究的大臂码坯机器人使用于砖坯生产线上对砖坯进行码垛副码坯机器人在工作空间内按照一定的轨迹运行．避杆开障碍．来满足作业需要。因此．轨迹规划对码坯机器人的应用有重要意义轨迹规划可在直角坐标系和关节空间中进行码坯机器人在

4、关节空间的轨迹规划有描述简单、方便计算和不会发生机构的奇异性问题等优点本文研究了码坯机器人在关节空图1机构简图及D—H坐标系Fig．1PhotoofmechanismandD-Hcoordinatesystem问内的轨迹规划表1机器人D—H参数1码坯机器人运动学分析Tab．1D—Hparameterofrobot为满足实际码坯作业需要．码坯机器人通过在肩部串联两个平行四边形结构使得腕关节旋转轴始终与地面垂直．从而使被抓持物始终处于水平状态。腕部结构简单．没有复杂的姿态调整结构。本研究运用D—H【1】法建立该四自由度码坯机器人坐标系．D—H法是由Denavit和Harte

5、nberg提出的对1．1四自由度码坯机器人运动学正解机器人进行建模的标准方法。四自由度码坯机器人结四自由度码坯机器人的运动学正解是指给定机器构简图及各关节D—H坐标系如图1所示。各杆件的几何参数和关节变量．求末端机构坐标系相机器人的每个连杆都可以用四个运动学参数描对于基坐标系的变换末端机构的变换矩阵由每个连述．其中两个参数用于描述连杆本身，另外两个参数杆的变换矩阵相乘得到如公式l[所示。用来描述连杆之间的连接关系．四个参数为：连杆偏=To1xT1,．2×-3×⋯×一1(1)距d、轴转角、连杆长度口、关节角。本研究的四自其中变换矩阵如下式[5J：收稿日期：2013年12．

6、,916日修回日期：2014年1月22日第一作者：刘敦宁，男，1988年生，山东临沂人，硕士研究生；研究方向为数控技术。E—mail：ldnasxc@163．eom通讯作者：王士军，男，1969@~，山东菏泽人，博士，副教授；研究方向为数控技术。E—mail：wsjwang2008@126．tom第2期刘敦宁等：四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究c0ai一1零．点a到点c中，点c处的速度为零。点a和点b两处so!c~一1co!c~1一s一1一s—ld的速度、加速度均连续可在关节空间进行四自由度Ti-ij=s郎一1c一1c一1cid／码坯机器人三次多项式轨迹规划00O1

7、2．2关节空间三次多项式轨迹规划根据表1所示的D—H参数带人IL可以得到每个连为了获得一条确定的光滑运动曲线．O(t)在每一杆的变换矩阵。时刻．其自身、一阶导和二阶导函数必须连续。本研O0究中每个关节角o(t)由三个阶段的分段函数组成．每1O一个阶段的函数表达式均可由式5表示，_2=OO000O01O(t)=ao+a1t+c~t+aet。(5)00由于每一个关节角随时间的函数计算方法都相10l2001350同．因此本文以第二关节的关节角为例．求得其关节000-247角随时间变化的函数表达式三个阶段的函数表达式：，0—10立0分别为：0O1