第３期（总第１７８期）

２０１３年６月机械工程与自动化

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．３

Ｊｕｎ．

（）文章编号：１６７２４１３２０１３０３０４０３－６－０－０

基于ＭＡＴＬＡＢ的工业机器人运动学仿真研究

扶宇阳，葛阿萍

（）五邑大学机电工程学院，广东　江门　５２９０２０

摘要：采用Ｄ－Ｈ方法建立了ＩＲＢ１４０机器人数学模型，构建了运动学方程并对方程进行了求解。利用ＭＡＴＬＡＢ的机器人工具箱建立了机器人三维模型，通过编程实现了对机器人模型的检验，经过对运动学方程的求解结果和滑块控制图所设定数值的比较，其误差很小，验证了模型的可靠性；对机器人运动学正逆解进行了仿真得到了各种有效的仿真数据，为后续动力学研究和轨迹规划打下了基础。关键词：ＩＲＢ１４０机器人；运动学仿真；ＭＡＴＬＡＢ中图分类号：ＴＰ２４２．３∶ＴＰ３９１．９　　　文献标识码：Ａ

１　ＩＲＢ１４０型机器人的数学模型

１．１　连杆坐标系和连杆参数

图１为Ｉ它是６轴多ＲＢ１４０型机器人基本结构，用途工业机器人。根据机器人的运动学原理结合齐次变换知识可知，空间中的任意坐标系相对于某个参考坐标系的位置和姿态完全可以由这两个坐标系间的变换获得。本机器人末端执行器与机器人其他各连杆之间的运动学关系可简化为如图２所示的连杆坐标系

。

。相邻两轴最短距离以及连杆的长度，其值见表１角、

表１　机器人的连杆参数表

连杆ｉ

１２３４５６

）°θｉ变化范围（

－１８０～１８０　

１０－９０～１

－２３０～５０　－１６５～１６５－１２０～１２０　－１６３～１６３

）°αｉ－１（

０　－９０　０　－９０　９０　－９０　

ａｍｍ）ｉ－１（

０　７０　３６０　０　０　０　ｄｍｍ）ｉ（

０００３８０００

１．２　机器人运动学方程

对于机器人这种运动关系可由连杆ｉ对连杆ｉ－１相对位置的奇次变换矩阵Ａ即：ｉ来表述，

Ａｉ

ｏｓｉθｓｉｎθｉ

０

－ｓｉｎｃｏｓθαｉｉ－１ｃｏｓｃｏｓθαｉｉ－１

ｓｉｎαｉ－１

ｓｉｎｓｉｎθαｉｉ－１

ｃｏｓαｉ－１

－ｃｏｓｓｉｎｓｉｎθαθｉｉ－１αｉ－１ｉ

ｃｏｓαθｉ－１ｉ

＝

ｄｉ

。

００１　　　０

采用Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅ提出的Ｄ－Ｈ法确定相

图１　ＩＲＢ１４０

型机器人基本结构

邻两运动副之间的位置和方向，４×４阶齐次Ｄ－Ｈ矩则机器人末端执阵可同时实现坐标系的旋转与平移，行器相对于基座总变换矩阵０Ｔ６为：

ｏａｘｐｘ

ｘｘｙｏｙａｙｐｙ０

。Ｔ６＝Ａ１Ａ２Ａ３Ａ４Ａ５Ａ６＝

ｎｚｏｚａｚｐｚ

图２　连杆坐标系

所有坐标系遵循右手定则，变量θａｄｉ＝αｉ、ｉ、ｉ、ｉ（

，，，，，）分别为各轴的转角、相邻Ｚ轴之间的扭转２３４５６１

；修回日期：２收稿日期：２０１３１４０１３１０－０－０－０－２

０　０　０　１其中：ｎｎｎｏｏｏｘ、ｚ为机器人法向矢量；ｘ、ｚ为方向矢ｙ、ｙ、量；ａａａｐｐｐｘ、ｚ为接近矢量；ｘ、ｚ为位置坐标。ｙ、ｙ、

由矩阵对应元素相等解得末端执行器坐标系的接

，男，湖南郴州人，在读硕士研究生，主要研究方向为工业机器人动力学仿真与有限元分析。作者简介：扶宇阳（１９８６－）