SCARA機器人的運動學分析

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1、電子科技大學 實驗報告 學生姓名： 學號： 一、實驗室名稱：機電一體化實驗室 二、實驗項目名稱：實驗三 SCARA機器人的運動學分析 三、實驗原理: 機器人正運動學所研究的內(nèi)容是：給定機器人各關節(jié)的角度，計算機器人末端 執(zhí)行器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)問題。 各連桿變換矩陣相乘，可得到機器人末端執(zhí)行器的位姿方程（正運動學方程） 為： 叮4二叮1比叮2七2T3 d3叮4 M = ny nz Ox Oy Oz 0 ax ay az 0 Px! Py Pz 1 (1-5 ) 式1-5表示了 SCARA手臂變換矩陣 叮4，它描述了末端連桿坐

2、標系｛4｝相對基坐標系｛0｝ 的位姿，是機械手運動分析和綜合的基礎。 式中：nx —GC2C4 — S| S2 C4 — C1S2S4 — S1C2 S4 ， n『=S1C2C4 g S2C4 — S| S2S4 C1C2 S4 nz -0， Ox = _CiC2S4 S|S2S4 - GS2C4 - S1C2C4 y -一S1C2S4 -C1S2S4 _ S| S2 C4 CQ2C4 Oz —0 ， ax — 0， ay — 0， az — 1 Px -C1C2 l2 - S1 S2l 2 C1l 1， Py - S|C2l2 C1S2l 2 S111 ， Pz =

3、 d3 機器人逆運動學研究的內(nèi)容是：已知機器人末端的位置和姿態(tài)，求機器人對應 于這個位置和姿態(tài)的全部關節(jié)角，以驅動關節(jié)上的電機，從而使手部的位姿符合要 求。與機器人正運動學分析不同，逆問題的解是復雜的，而且具有多解性。 ( A 、 1)求關節(jié)1 :! = arctg——一 I一半 < / — A2 丿 (1-8) l 2 _|2 亠 p2 亠 p2 式中：a J1上 2li ?Jp? +P： =arctg Px Py 2)求關節(jié)2：2 =arctg rcos(R ) 」r si n( d —li (1-9) 式中：r = Jp2 + py ； = ar

4、ctg 匕 Py 3) .求關節(jié)變量da (1-10) 令左右矩陣中的第三行第四個元素(3.4)相等，可得： da = Pz 4) .求關節(jié)變量B 4 令左右矩陣中的第二行第一個元素(1.1,2.1 )相等，即： -sin 円 nx cost ny =sin)2 cos% cos. sin v4 由上式可求得： -sin 弓 nx cos^ny 04 = arctg ( ) _02 cos，nx +si門日小 四、實驗目的： 1. 理解SCARA機器人運動學的D-H坐標系的建立方法; 2. 掌握SCARA機器人的運動學方程的建立； 會運用方程求解運動學的正解和反

5、解； 五、實驗內(nèi)容: 1給機器人四個關節(jié)各一個位移量，利用運動學分析的正解方程求出它機 器人末端的位置 和姿態(tài)，然后在機器人實驗操作界面上，打開機器人運動分析菜單，輸入同樣的四 個位移量，讓機器人求出它末端的位置和姿態(tài)，看是否一樣。 2給機器人一組末端的位置和姿態(tài)，據(jù)運動方程的逆解求機器人對應于這個位置和 姿態(tài)的全部關節(jié)角。然后在機器人實驗操作界面上，打開機器人運動分析菜單，輸 入同樣的位置和姿態(tài)參數(shù)，讓機器人求出它達到這個位置和姿態(tài)的各關節(jié)角，看是 否一樣。 六、實驗器材（設備、元器件）： 1. KLD-400型SCARA教學機器人 2. KLD-400型SCARA教學機器人配

6、套軟件控制系統(tǒng) 3. 裝有Windows系列操作系統(tǒng)的PC機 4. KLD-400型SCARA教學機器人控制箱 實驗平臺（帶有標尺的）板 七、實驗步驟及操作: 1、 先把運動控制卡插入ISA插槽，按要求將SCARA機器人的連線都連好； 2、 然后運行科利達公司提供的軟件，運行菜單欄內(nèi)的運動學分析，點擊正運動學菜單，就 會看到操作界面，在要求輸入數(shù)值的地方輸入相應的數(shù)值，點擊計算按鈕，結果就會在文本 框中顯示，記錄下此時的輸入與輸出值； 3、 這個結果與手工算出的結果相比較，是否一致，如果不一致，請分析原因； 4、 點擊運動學分析菜單下的逆運動學分析的菜單，按要求輸入相應的數(shù)值，

7、點擊計算按鈕, 結果就會在輸出的文本框中顯示，記錄此時的輸入和輸出值； 5、 這個結果與手工算出的結果相比較，是否一致，由于逆解具有多解性，分析計算時應該 舍哪個解是正確的。 八實驗數(shù)據(jù)及結果分析： 1軟件正運動學分析結果 輸入值 01 20 02 40 d3 -50 04 45 輸出值 nx -0.25819 ox -0.9659 ax 0 px 255.459 ny 0.965926 oy -0.2588 ay 0 py 185.317 nz 0 oz 0 az 1 pz -240 手算正運動學分析 輸入值

8、 01 20 02 40 d3 -50 04 45 輸出值 nx -0.25820 ox -0.966 ax 0 px 255.46 ny 0.96593 oy -0.259 ay 0 py 185.32 nz 0 oz 0 az 1 pz -240 2 ?軟件逆運動學分析結果 輸入值 px 219 py 226 pz -220 nx 1 ny 0 輸出值 01 29.5869 02 40.9066 d3 -30 04 -70.4935 手算逆運動分析結果: 輸入值 px 219 py 226 pz -220 nx 1 ny 0 輸出值 01 29.587 02 40.91 d3 -30 04 -70.494 九、實驗結論: 十、總結及心得體會： 十一、對本實驗過程及方法、手段的改進建議: 報告評分： 指導教師簽字: