基于MATLAB的六自由度机械臂运动仿真分析.pdf

UR3UR3六自由度机械臂

本文以我公司6自由度机械臂为例,按照改进的D-H方法构建了6自由度机械臂工作运动的数学模型,对机械臂的正运动学、逆运动学进行分析。结合机械臂关节轴的典型几何结构,正向运动学分析通过各关节的关节角度求取末端机构的位置和姿态,逆运动学则利用代数法推导出封闭解,并给出了机械臂正逆工作方程的数学函数公式和运算求解的过程。通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox,分别运算了机械臂的正、逆工作方程,进行了仿真实验。结果表明,函数测算结果与公式推导的数值基本一致,证实了模型结构和预算方法的一致性,对同类机械臂的研究具有很大的借鉴和参考价值。

本文是针对MATLAB中的robot工具箱对四自由度机械臂和六自由度机械臂进行仿真，对这两个机械臂进行建模，D-H参数设置，进行了机械臂正逆运动学验证，最后给定空间中一点，将两机械臂进行轨迹规划，是其均运动到该点，并绘制出路径。

此程序以亮字为例子，计算了每个笔画起始中间终止点的位置，及六自由度机械臂末端执行器的位姿，基础坐标系x指向正前方，y指向面对x正方向的左侧，末端执行器位姿表示选择欧拉角rxryrz

六自由度机械臂正解仿真程序，可进行参数修改，已在matlab中实现

题主要开展了以下几个方面的工作： 首先，依据工作空间中机械臂抓持器要想达到任意位姿，至少需要六个自由 度的结论，采用了六自由度链式关节的结构。根据自平衡机器人的尺寸设计了一 套机械臂的结构方案，并通过各连杆的质量，采用静力学估算各个关节的力矩， 从而选择与之匹配的电机。采用了一种基于 CAN 总线分布式的控制方案。将工 控机和关节控制器挂在 CAN 总线上。工控机主要功能是对关节控制器进行监控， 同时也完成机械臂运动学、轨迹规划方面算法的实现。关节控制器采用 TI 公司 的 TMS320LF2407 DSP ，主要实现位置，速度和力矩伺服控制算法的实现。 其次，采用标准的 D-H 建模方法，建立了机械臂的数学模型。对机械臂的 正运动学进行了分析，采用解析法对关节角进行解耦运算，推导出了逆运动学的 封闭解析解，并采用功率最省做为性能指标，确定了唯一解。使用基于 Matlab 平台下的 Robotics Toolbox 机器人工具箱对推导过程的正确性进行了验证与仿 真。 再次，重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法：三次多项 式和五次多项式轨迹规划方法。仿真结果表明三次多项式轨迹规划方法计算量较 小，但是不能保证角加速度连续；五次多项式轨迹规划方法计算量较大些，但能 够保证角加速度的连续性，从而使电机平稳地运行。然后又在笛卡儿空间中对机 械臂进行了轨迹规划，采用了空间直线和空间圆弧插补算法，详细地介绍了这两 种轨迹计划的实现算法，并且对种插补算法进行了仿真实验。 最后，根据六自由度机械臂的构型，基于 MFC 框架类和 Open GL 图形库， 在 VC++6.0 开发平台上专门开发了一套适用于这种构型的三维仿真工具。仿真 工具把运动学和轨迹规划算法融入了其中，有效地验证了机械臂数学模型以及 正、逆运动学求解过程的正确性，并且对四种轨迹规划方法的效果做了直观的比 较。有效地解决了运动学和轨迹规划分析结果不易验证以及在实际本体上试验成 本较高的问题。

以六自由度机器人为例，系统描述动力学辨识参数的通用过程，条理清晰，结构完整，容易上手，适合想要入门机器人动力学的同学，走过路过，不要错过

六自由度的机械臂，主要说的是六自由度机械臂的好处与应用的优势，在其他的可选择性

希望对学习机械臂路径规划的大家有帮助，值得参考！！