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1、【论文】机器人运动学实验报告中南大学工业机器人导论实验报告机电工程学院机械专业班同组人姓名学号指导老师成实验日期2013年10月22日绩实验名称机器人运动学实验一、实验目的1(了解四自由度机械臂的开链结构;2(掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理;3(学会机器人运动方程的正反解方法。二、实验原理简述本实验以SCARA四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。机械臂杆件链的最末
2、端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法:关节坐标空间法和直角坐标空间法。本次实验用D-H变化方法求解运动学问题。建立坐标系如下图所示连杆坐标系{i}相对于{i?1}的变换矩阵可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H参数为由表1-1给出。齐坐标变换矩阵为:其中描述连杆i本身的特征;和描述连杆i?1与i之间的联系。对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变;对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变。其中连杆长l=200mm，l=200mm，机器人
3、基坐标系为O-XYZ。根据上面的坐标变12000换公式，各个关节的位姿矩阵如下:表1-1连杆参数表运动学正解:各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程(正运动学模型)为:其中:z轴为手指接近物体的方向，称接近矢量a(approach);y轴为两手指的连线方向，称方位矢量o(orientation);x轴称法向矢量n(normal)，由右手法则确定，n=o*a。p为手爪坐标系原点在基坐标系中的位置矢量。运动学逆解:通常可用未知的连杆逆变换右乘上式:令两式对应元素分别相等即可解出。其中将上式回代，可得，,,p，，r
4、cos(，)x122,,arctg,,arctgr,p，p式中:,xy2,,prsin(,，,),l1y1，，令第二行第四个元素对应相等，可得:令第四行第三个元素对应相等，可得:所以，三、实验仪器与设备1(KLD-400型SCARA教学机器人2(KLD-400型SCARA教学机器人配套软件控制系统3(装有Windows系列操作系统的PC机4(KLD-400型SCARA教学机器人控制箱5(实验平台(带有标尺的)板四、实验数据及其处理、图表1(正运动学分析结果:输入输出手爪124,,,dXYZ33010-30-120326.4
5、1228.56-30-1206020-20-90134.73370.17-20-909040-10-60-128.56353.21-10-601205000-296.96207.9400150601030-346.4101030180802060-234.73-196.9620602(逆运动学分析结果:注:(240?即-120?)五、程序代码1、正运动分析#include#includeintmain(){inti,j,k;floatt,d3,o1,o2,o4,pi=3.1415926;f
6、loatT[4][4]={0},S[4][4]={0};printf("guanjiedian:");//数据输入scanf("%f%f%f%f",&o1,&o2,&d3,&o4);o1=o1/180*pi;o2=o2/180*pi;o4=o4/180*pi;floatT1[4][4]={{cos(o1),-sin(o1),0,0.2*cos(o1)},//矩阵{sin(o1),cos(o1),0,0.2*sin(o1)},{0,0,1,0},{0,0,0,1},},T2[4][4]={{cos(o2),-sin(o2
7、),0,0.2*cos(o2)},{sin(o2),cos(o2),0,0.2*sin(o2)},{0,0,1,0},{0,0,0,1},},T3[4][4]={{1,0,0,0},{0,1,0,0},{0,0,1,-d3},{0,0,0,1},},T4[4][4]={{cos(o4),-sin(o4),0,0},{sin(o4),cos(o4),0,0},{0,0,1,0},{0,0,0,1},};for(i=0;i<4;i++)for(j=0;j<4;j++){for(t=0,k=0;k<4;k++){t+=T1[i]
8、[k]*T2[k][j];//第一段矩阵相乘}T[i][j]=t;}for(i=0;i<4;i++)for(j=0;j<4;j++){S[i][j]=T[i][j];}for(i=0;i<4;i++)for(j=0;j<4;j++){for(t=0,k=0;k<4;k++){t+=S[i][k]*T3[
