SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

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1、電子科技大學(xué) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 一、實(shí)驗(yàn)室名稱：機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室 二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：實(shí)驗(yàn)三 SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 三、實(shí)驗(yàn)原理: 機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)所研究的內(nèi)容是：給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度，計(jì)算機(jī)器人末端 執(zhí)行器相對于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)問題。 各連桿變換矩陣相乘，可得到機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿方程（正運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)系｛4｝相對基坐標(biāo)系｛0｝ 的位姿，是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析和綜合的基礎(chǔ)。 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(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的內(nèi)容是：已知機(jī)器人末端的位置和姿態(tài)，求機(jī)器人對應(yīng) 于這個(gè)位置和姿態(tài)的全部關(guān)節(jié)角，以驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)上的電機(jī)，從而使手部的位姿符合要 求。與機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析不同，逆問題的解是復(fù)雜的，而且具有多解性。 ( A 、 1)求關(guān)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(guān)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(guān)節(jié)變量da (1-10) 令左右矩陣中的第三行第四個(gè)元素(3.4)相等，可得： da = Pz 4) .求關(guān)節(jié)變量B 4 令左右矩陣中的第二行第一個(gè)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1. 理解SCARA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的D-H坐標(biāo)系的建立方法; 2. 掌握SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立； 會(huì)運(yùn)用方程求解運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和反

5、解； 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 1給機(jī)器人四個(gè)關(guān)節(jié)各一個(gè)位移量，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的正解方程求出它機(jī) 器人末端的位置 和姿態(tài)，然后在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)操作界面上，打開機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析菜單，輸入同樣的四 個(gè)位移量，讓機(jī)器人求出它末端的位置和姿態(tài)，看是否一樣。 2給機(jī)器人一組末端的位置和姿態(tài)，據(jù)運(yùn)動(dòng)方程的逆解求機(jī)器人對應(yīng)于這個(gè)位置和 姿態(tài)的全部關(guān)節(jié)角。然后在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)操作界面上，打開機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析菜單，輸 入同樣的位置和姿態(tài)參數(shù)，讓機(jī)器人求出它達(dá)到這個(gè)位置和姿態(tài)的各關(guān)節(jié)角，看是 否一樣。 六、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）： 1. KLD-400型SCARA教學(xué)機(jī)器人 2. KLD-400型SCARA教學(xué)機(jī)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(jī) 4. KLD-400型SCARA教學(xué)機(jī)器人控制箱 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（帶有標(biāo)尺的）板 七、實(shí)驗(yàn)步驟及操作: 1、 先把運(yùn)動(dòng)控制卡插入ISA插槽，按要求將SCARA機(jī)器人的連線都連好； 2、 然后運(yùn)行科利達(dá)公司提供的軟件，運(yùn)行菜單欄內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，點(diǎn)擊正運(yùn)動(dòng)學(xué)菜單，就 會(huì)看到操作界面，在要求輸入數(shù)值的地方輸入相應(yīng)的數(shù)值，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，結(jié)果就會(huì)在文本 框中顯示，記錄下此時(shí)的輸入與輸出值； 3、 這個(gè)結(jié)果與手工算出的結(jié)果相比較，是否一致，如果不一致，請分析原因； 4、 點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)學(xué)分析菜單下的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的菜單，按要求輸入相應(yīng)的數(shù)值，

7、點(diǎn)擊計(jì)算按鈕, 結(jié)果就會(huì)在輸出的文本框中顯示，記錄此時(shí)的輸入和輸出值； 5、 這個(gè)結(jié)果與手工算出的結(jié)果相比較，是否一致，由于逆解具有多解性，分析計(jì)算時(shí)應(yīng)該 舍哪個(gè)解是正確的。 八實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析： 1軟件正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)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(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)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(yùn)動(dòng)分析結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)論: 十、總結(jié)及心得體會(huì)： 十一、對本實(shí)驗(yàn)過程及方法、手段的改進(jìn)建議: 報(bào)告評分： 指導(dǎo)教師簽字: