第29卷第1期2012年1月

机电工程

JournalofMechanical＆ElectricalEngineering

Vol．29No．1Jan．2012

基于Matlab的工业机器人运动学分析与仿真

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王智兴，樊文欣，张保成，史源源

（中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051）

H法摘要：为探讨更有效的工业机器人运动学研究方法，以Stanford机械手为研究对象，分析了其结构及连杆参数，采用改进的D-建立了各连杆坐标系和结构的运动学方程；利用Matlab的绘图和矩阵计算能力，特别是其RoboticsToolbox模块功能，在Matlab环验证了运动学方程的正确性。研究结果表明，通过机器人模型的手动控制和轨迹规划仿真可境下建立了该机械手的运动学模型，以使机器人运动的研究过程更为直观。

关键词：工业机器人；Matlab；运动学；轨迹规划；仿真

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中图分类号：TH12；TH113．22；TP242．2

文献标志码：A文章编号：1001－4551（2012）01－0033－05

KinematicalanalysisandsimulationofindustrialrobotbasedonMatlab

WANGZhi-xing，FANWen-xin，ZHANGBao-cheng，SHIYuan-yuan

（SchoolofMechanicalEngineering＆Automation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China）

Abstract：Forthepurposeofmakingkinematicresearshonindustrialrobotmoreeffective，Stanfordarmwasstudied．Structureandlinkpa-modifiedformofDenavit-Hartenbergnotationwasappliedinestablishinglinkcoordinatesandkinematicalequation．rameterswereanalyzed，

MatlabandRoboticsToolboxwereutilizedtoconfigurethearm’skinematicmodelasthesoftwareareexcellentindrawingandmatrixmanup-ulation，validityofkinematicalequationwasverified．Theresultsshowthat，itcanvisualizemotionprocessbymeansofmanualdrivingandtrajectoryplanningsimulation．

Keywords：industrialrobot；Matlab；kinematics；trajectory；simulation

0引言

box构建运动学模型并进行运动学仿真。

工业机器人是典型的机电一体化产品，对其实物周期长等缺点。仿真技进行研究和开发存在成本高、

术利用系统模型对实际或设想的系统进行试验研究，其应用已经扩大为产品研制的全过程，包括方案论证、设计分析、生产制造等各个阶段。Matlab是一种可视化的具有强大矩阵计算能力的编程语言，在工业研究、产品开发、数值分析和科学计算等工程及科学方面的教学与研究中是一个十分有效的工具。

本研究以Stanford机械手作为研究对象，首先分H法建立运析其结构和连杆参数，接着采用改进的D-最后在Matlab环境下，运用RoboticsTool-动学方程，

1Stanford机械手的结构及连杆参数

Stanford机械手的主要用途是抓取物料，其关节结

构由回转主体、大臂、伸长臂、腕部等几部分组成，臂部

采用极坐标形式，有2个转动关节和1个移动关节。腕部有3个转动关节以实现手腕的俯仰、翻滚和偏转。整个结构共有6个杆件和6个关节，具有6个关节自

［1］由度，如图1所示。为表示6个杆件之间的相对位

H法［2］建立6个杆件置和姿态，本研究采用改进的D-的固接坐标系，如图2所示。

H法和D-H法的区别在于建立坐标系改进的D-同样对连杆i建立坐标系时原点和坐标轴的选取，

｛i｝：采用标准的D-H法，｛i｝的z轴与关节i+1的轴

收稿日期：2011－07－05

mail：sxtlwzx@sina．com作者简介：王智兴（1971－），男，山西长治人，主要从事机械系统结构动态设计、振动与噪声控制等方面的研究．E-mail：ncitzbc@nuc．edu．cn通信联系人：张保成，男，教授，博士，硕士生导师．E-