基于MATLAB的机器人运动学仿真与轨迹规划

作者:王晓明;宋吉;庞浩帅; 刊名:电子设计工程 上传者:马凤岭

【摘要】为研究机器人的轨迹规划,在MATLAB环境下,建立了机器人坐标系并显示其D-H定机器人的连杆运动参数,对机器人的正、逆运动学问题进行分析。通过对机器人的轨迹规划仿真,分析了机器人运动过程中的关节稳定性,如位移、速度、加速度变化等直观地显示了机器人关节的运动,得到了连续平滑的机器人关节角度轨迹曲线与末端位姿规划曲线。仿真实验表明,所设计的运动学参数是正确的,从而达到了预定的目标。

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电子设计工程 ElectronicDesignEngineering 第27卷 Vol.27 第7期 No.7 2019年4月 Apr.2019 收稿日期:2018-07-21 稿件编号:201807117 基金项目:甘肃省自然科学基金(1508RJZA090);甘肃省工业过程先进控制重点实验室(XJK201522)作者简介:王晓明(1954—),男,甘肃民勤人,教授。研究方向:计算机控制技术。 分析机器人运动学是研究机器人的重要前提,其中包括机器人相对于固定坐标系运动的几何学,在特定工作环境下对机器人进行动力学分析、轨迹规划和控制机器人的任务执行。所有不同机构的机器人实质上是由一系列关节和连杆连接的[1]。根据相邻关节与连杆间的旋转、平移变换可以推导机器人运动学建模的过程[2],求解运动学的逆解[3]。机器人的逆解表明了末端位姿在可达工作空间的运动情况,但是逆解数目与关节数目、连杆参数、关节变量息息相关,涉及十分繁琐复杂的数学运算[4]。为了提高效率,更加直观理解关节速度对末端线速度与角速度的影响,采用了MATLAB中Robotics Toolbox的 机器人函数[5],对机器人进行正逆运动学仿真和求解给定机器人的雅可比矩阵,并进行解的轨迹规划实现最优解[6]。 1 运动学分析 1.1 六自由度机器人D-H坐标系 为描述机器人和机器人的相对运动关系,通常采用的建模方法是由 Denavit和 Hartenberg提出的D-H参数法[7]。D-H参数法通过齐次变换来描述这 些坐标系的姿态和相对位置[8]。齐次变换矩通过递归的方式获得,该矩阵将手臂坐标系的空间位移与参考坐标系联系起来,表示了末端操作机构相对于固定参考坐标的位姿[9]。通过关节的旋转副与移动 基于MATLAB的机器人运动学仿真与轨迹规划 王晓明,宋 吉,庞浩帅 (兰州理工大学 电气工程与信息工程学院,甘肃 兰州 730050)摘要:为研究机器人的轨迹规划,在MATLAB环境下,建立了机器人坐标系并显示其D-H矩阵,确定机器人的连杆运动参数,对机器人的正、逆运动学问题进行分析。通过对机器人的轨迹规划仿真,分析了机器人运动过程中的关节稳定性,如位移、速度、加速度变化等直观地显示了机器人关节的运动,得到了连续平滑的机器人关节角度轨迹曲线与末端位姿规划曲线。仿真实验表明,所设计的运动学参数是正确的,从而达到了预定的目标。 关键词:机器人;轨迹规划;MATLAB;仿真中图分类号:TN242.2 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2019)07-0109-04 Robot kinematics simulation and trajectory planning based on MATLAB WANGXiao⁃ming,SONGJi,PANGHao⁃shuai (School of Electrical Engineering and Information Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China) Abstract: For the study of robot trajectory planningin the MATLAB environment,the robot coordinate system is established and its d-h matrix is displayed. The motion parameters of the robot link are de

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