puma250机器人运动学分析.doc

焊接机器人运动分析

摘 要：针对puma250焊接机器人，分析了它的正运动学、逆运动学的问题。采用D-H坐标系对机器人puma250 建立6个关节的坐标系并获取 D-H 参数，并对其运动建立数学模型用MATLAB编程，同时仿真正运动学、逆运动学求解和轨迹规划利用pro-e对puma250建模三维模型。

关键词：puma250焊接机器人；正逆解；pro-e；Matlab；仿真

一、 建立机器手三维图
Puma250机器人,具有6各自由度，即6个关节，其构成示意图如图 1。各连杆包括腰部、两个臀部、腕部和手抓。设腰部为1连杆，两个臀部分别为2、3连杆，腰部为4连杆，手抓为5、6连杆，基座不包含在连杆范围之内，但看作0连杆 ，其中关节2、3、4使机械手工作空间可达空间成为灵活空间。1关节连接1连杆与基座0,2关节连接2连杆与1连杆，3关节连接3连杆与2连按，4关节连接4连杆与3连杆，5关节连接5连杆与4连杆 。各连杆坐标系如图 2 所示。

图1 puma250 机器人
二、 建立连杆直角坐标系。

三、 根据坐标系确定D-H表。
D-H 参数表
连杆i
θi
di
ai
ɑi
1
90°
0
0
0
2
0
0
0
-90°
3
0
4
8
0
4
-90°
0
8
-90°
5
-90°
0
0
-90°
6
0
2
0
-90°

四、 利用MATLAB 编程求机械手仿真图。
>>L1=Link([pi/2 0 0 0 0],'standard');
L2=Link([0 0 0 -pi/2 0],'standard');
L3=Link([0 -4 8 0 0],'standard');
L4=Link([-pi/2 0 8 0 0],'standard');
L5=Link([-pi/2 0 0 -pi/2 0],'standard');
L6=Link([0 2 0 -pi/2 0],'standard');
bot=SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6],'name','ROBOT');
bot.plot([0 0 0 0 0 0])

t=[0:0.01:1];
q1=[0 0 0 0 0 0];
q2=[-pi/4 0 pi/4 0 -pi/4 0];
[q,qd,qdd]=jtraj(q1,q2,t);
plot(bot,q)%机器人由q1状态旋转到q2状态

>>subplot(2,2,1);plot(t,q(:,2));
subplot(2,2,2);plot(t,qd(:,2));
subplot(2,2,3);plot(t,qdd(:,2)) %q1到q2状态位移、速度、加速度

五、 求正逆向运动学。
1、所谓运动学正问题，就是对于机器人,给定杆件的几何参数和关节的位移,求解末端连杆坐标系相对于基坐标系的位姿。
为求解运动学方程式,用齐次变换矩阵i-1Ai来描述第i坐标系相对于(i-1)坐标系的位置和方位，第i坐标系相对于机座坐标系位姿的齐次变换矩阵0Ti,表示为：0Ti=0A11A2…i-1Ai

>>T=bot.fkine(q2)%正向运动学方程（变换矩阵）

T =

0.7071 -0.0000 -0.7071 5.1716
-0.7071 -0.0000 -0.7071 -10.8284
0 1.0000 -0.0000 -13.3137
0 0 0 1.0000

2、若末端连杆的位姿已经给定,即 n,o,a 和 p 为已知,则求关节变量 q1 , q 2 , , q6 的值称为运动 反解

>>q0=bot.ikine(T)%逆向运动学（关节变量）

q0 =

-2.3059 -2.3059 2.0625 0.4921 -2.1181 -0.9020

六、 求q2状态的雅克比矩阵
>>J=bot.jacob0(q2)

J =

10.8284 10.8284 -9.4142 -5.4142 -1.4142 0
5.1716 5.1716 9.4142 5.4142 1.4142 0
0 0 -11.3137 -5.6569 0 0
-0.0000 -0.0000 0.7071 0.7071 0.7071 0.0000
-0.0000 -0.0000 0.7071 0.7071 0.7071 0.0000
1.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -1.0000

七、 Simulink函数（利用框图设计环境实现机器手轨迹动态仿真）

>>sl_rrmc2