基于MATLAB Robotics工具箱的SCARA机器人轨迹规划与仿真

作者:左富勇;胡小平;谢珂;朱秋玲 刊名:湖南科技大学学报(自然科学版) 上传者:赵乘麟

【摘要】为研究SCARA机器人的轨迹规划,在MATLAB环境下,对该机器人运动学参数进行了设计,利用Robotics toolbox工具箱编制了简单的程序语句,建立该机器人运动学模型,讨论了标准D-H参数和改进D-H参数建模方法的区别,并对机器人的轨迹规划进行了仿真.通过仿真,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.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.该工具箱可以对机器人进行图形仿真,分析真实机器人控制时的数据结果,对机器人的研究开发具有较高的经济实用价值.

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第 27 卷 第 2 期2012 年 6 月 湖南科技大学学报( 自然科学版) Journal of Hunan University of Science & Technology( Natural Science Edition) Vol. 27 No. 2 Jun. 2012 基于 MATLAB Robotics 工具箱的 SCARA 机器人轨迹规划与仿真① 左富勇,胡小平,谢珂,朱秋玲 ( 湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201) 摘 要: 为研究 SCARA 机器人的轨迹规划,在 MATLAB 环境下,对该机器人运动学参数进行了设计,利用 Robotics toolbox 工具箱编制了简单的程序语句,建立该机器人运动学模型,讨论了标准 D - H 参数和改进 D - H 参数建模方法的区别,并对机器人的轨迹规划进行了仿真. 通过仿真,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. 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. 该工具箱可以对机器人进行图形仿真,分析真实机器人控制时的数据结果,对机器人的研究开发具有较高的经济实用价值.关键词: 机器人; 轨迹规划; MATLAB; 仿真 中图分类号: TP242. 6 文献标识码: A 文章编号:1672 -9102( 2012) 02 -0041 -04 机器人是当代科学技术的产物,是高新技术的代表. 随着微计算机技术的发展,机器人科学与技术得到了迅猛的发展. 在机器人的教学 中,由于机器人的价格昂贵,不可能用很多实物机器人进行实践学习,因此机器人仿真实验变得十分重要. 对机器人进行图形仿真,可以模拟机器人的动态特性,帮助研究人员了解机器人的工作空间的形态和极限,更加直观地显式机器人的运动情况,得到从数据曲线和数据本身难以分析的很多重要信息[1].对机器人的运动仿真,很多学者都进行了研究.文献[2]以 一 个 四 自 由 度 机 器 人 为 例,利 用MATLAB 软件绘制了其三维运动轨迹; 文献[3]对一种柱面机器人的参数进行了设计,对该机器人的运动学、轨迹规划进行了仿真; 文献[4]以 Standford 机械手为对象,对机械手模型的手动控制和轨迹规划进行了仿真; 但以上方法建立的机器人模型只适 用于相应的机器人运动学研究. 对适于装配任务的关节装配机器人少有研究. SCARA 机器人由于其关节较少,运动灵活,常被用于一些装配任务中. 在进行装配任务之前需要对其运动轨迹进行规划,本文将利用 D - H 参数法对 SCARA 机器人进行运动学建模,利用 MATLAB Robotics 工具箱,验证 SCARA( 四自由度) 机器人运动学参数的正确性. 然后,对其运动轨迹进行规划. 1 SCARA 机器人运动学模型 本文建立的 SACRA 机器人有 3 个旋转关节( 分别是1、2 和4 关节) ,其轴线相互平行,在平面内进行定位和定向. 另一个关节是移动关节( 3 关节) ,用于完成末端件在垂直于平面的运动. 机器人系统在 X,Y 方向上具有顺从性,而在 Z 轴方向具有良好的刚度,此特性特别适合于装配任务的工作[5]. 14 ① 收稿日期:2011 -09 -19 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 60975069); 湖南省自然科学市州联合基金资助项目( 10JJ9010); 湖南省科技计划项目资助项目 ( 2009GK3102) 通信作者: 胡小平( 1962 - ) ,男,湖南湘潭人,博士,教授,主

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