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《七自由度仿人机械手的运动学分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、一种仿人机械手的运动学分析倪恺铠（江苏大学京江学院，机电1103倪恺铠4111102087）摘要：建立了一种新的适用于3R关节的运动坐标变换方法，用此方法讨论了一种七自由度仿人机械手的运动学正问题。在MATLAB环境下，对该机械手的正运动学进行了仿真。仿真结果表明，木文提岀的运动坐标变换新方法是正确的，该机械手运动功能完全达到了人手臂的功能，可在给定空间内实现任意位置和姿态的运动。关键词：运动坐标变换；仿人机械手；运动学；仿真ForwardKinematicsAnalysisofAHumanoidRobotHANZhi-xin，RENYamhong,YANLeiAbstract
2、：Anewmovingcoordinatetransformationmethodsapplyingto3Rjointisestablished,whichisusedtodiscusstheforwardkinematicsproblemofasevenDOFhumanoidrobot.IntheMATLABenvironment,theforwardkinematicsofmanipulatorissimulated.Theresultsshowthatthenewmethodofmovingcoordinatetransformationiscorrect,andthem
3、otorfunctionofmanipulatorfullymeetthefunctionofhumanarm,anditcancompletethemovementatanypositionandorientationwithinthegivenspace.Keywords：Movingcoordinatetransformation;HumanoidRobot;Kinematics;AnalysisD・H坐标系法是机器人运动分析最常用的方法〔叫对于单柱面转动副1R关节（1个自由度）的机器人，用D・H坐标系法进行运动坐标变换是非常方便的，但对于如图1所示的3柱面转动副3R关节
4、（3个自由度）的机器人或者双柱面转动副2R关节（2个自由度）的机器人，用D・H坐标系法进行运动坐标变换时，由于一个3R关节须进行三次坐标变换，一个2R关节须进行两次坐标变换，所以数学描述与计算工作量很人。图2所示为仿人机械手机构原理图，该机械手由肩关节、肘关节、腕关节和末端执行器组成，肩关节为双柱而转动副2R关节，有2个口由度，每个口由度的最大转角为180°。肘关节也为双柱而转动副2R关节，有2个自由度，每个自由度的最人转角为90°。腕关节为3柱而转动副3R关节，有3个自由度，其屮，在与末端执行器方向一致的自由度方向上的最人转角为360°,在与末端执行器方向垂肓•的2个自由度方
5、向上的最人转角为90%木文推导建立一种新的适用于3R关节的运动坐标变换方法，并应用于仿人机械手的正运动学分析。1运动学方程1.13R关节运动坐标变换1.1.1坐标系如图2设定参考（基座）坐标系为O（）兀。儿5,第，关节上的运动坐标系为0低）忆。各坐标系间的关系遵循下面4条规则⑸：（1）z轴选在连接机械手各关节的连杆轴线上，方向从上位关节指向下位关节。（2）x轴选在两相邻z轴（©_],&•）的公垂线上。3x*5卡也.1structureSchematic%向/bf卩、用"图13R关口）]
6、baseJo图2仿人机械手机构模型Fig.2Agencymodelofhumanoidrob
7、ot(3)y轴由右手法则确定。(4)绕z轴旋转的角度用了表示，绕y和x轴旋转的角度分别川0和G表示，方向按右手法则确定。基础坐标系记为｛O.x.y.z.｝(以下简记为｛0。｝),在肩关节设置运动坐标系｛0】｝,在肘关节设置运动坐标系｛0」，在腕关节设置运动坐标系｛O3｝，在末端执行器屮心点设逍运动坐标系｛0/。1.1.2运动坐标变换假设空间某点在坐标系｛0邙中的齐次向量为Ri=[rX_iS『，在坐标系｛Q｝中的齐次向量为R,=[%,-%勺『，则有R,(=^TR.(1)式中，'—T,为箱邻坐标系0J和0｝间的齐次变换矩阵。1.1.3齐次变换矩阵假设运动坐标系｛O^｝上的某点绕心】
8、轴旋转e-的变换矩阵为绕)人轴旋转01、绕S1轴旋转乙_]、沿Z—轴平移的变换矩阵分别为Rotv(/?._!)>Rot,(7^)和Trans/D,则有_1000_C0「 $010_0ca-1-5YZ..00100L1/-1Rot(0])=0叫0-吨10c仇_ _0001__0001一sy-、00__1000■%】00Transz(/,._!)=010000100010001__0001RotZ(//-!)=其中，ca-cosa,sa=sina,其余类推。当d系小某点先绕兀_i轴旋转匕_1
