机器人运动学实验报告.doc
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中 南 大 学
工业机器人导论 实 验 报 告
机电工程 学院 机械 专业 班 同组人
成
绩 姓 名 学号 指导老师
实验日期 2013 年 10 月 22 日
实 验 名 称 机器人运动学实验
一、实验目的
1．了解四自由度机械臂的开链结构；?
2．掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理；
3．学会机器人运动方程的正反解方法。
二、实验原理简述
本实验以SCARA四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。
机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法：关节坐标空间法和直角坐标空间法。
本次实验用D-H变化方法求解运动学问题。建立坐标系如下图所示
连杆坐标系{i }相对于{ i ?1 }的变换矩阵 可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H 参数为由表1-1给出。
齐坐标变换矩阵为：
其中 描述连杆i 本身的特征；和描述连杆 i? 1与i 之间的联系。对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变。
其中连杆长l1=200mm，l2=200mm，机器人基坐标系为O-X0Y0Z0。根据上面的坐标变换公式，各个关节的位姿矩阵如下：
表1-1 连杆参数表
运动学正解：各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学模型）为：
其中：z 轴为手指接近物体的方向，称接近矢量a （approach）；y 轴为两手指的连线方向，称方位矢量o（orientation）；x 轴称法向矢量n（normal），由右手法则确定，n=o*a。p 为手爪坐标系原点在基坐标系中的位置矢量。
运动学逆解：通常可用未知的连杆逆变换右乘上式：
令两式对应元素分别相等即可解出。
其中
将上式回代，可得，
式中： ；
令第二行第四个元素对应相等，可得：
令第四行第三个元素对应相等，可得：
所以，
三、实验仪器与设备
KLD-400型SCARA教学机器人
KLD-400型SCARA教学机器人配套软件控制系统
装有Windows系列操作系统的PC机
KLD-400型SCARA教学机器人控制箱
实验平台（带有标尺的）板
实验数据及其处理、图表
1．正运动学分析结果:
输入 输出 d3 X Y Z 手爪 30 10 -30 -120 326.41 228.56 -30 -120 60 20 -20 -90 134.73 370.17 -20 -90 90 40 -10 -60 -128.56 353.21 -10 -60 120 50 0 0 -296.96 207.94 0 0 150 60 10 30 -346.41 0 10 30 180 80 20 60 -234.73 -196.96 20 60
2．逆运动学分析结果:
注：(240°即-120°)
程序代码
1、正运动分析
#includestdio.h
#includemath.h
int main(){
int i,j,k;
float t,d3,o1,o2,o4,pi=3.1415926;
float T[4][4]={0},S[4][4]={0};
printf(guanjiedian:\n); //数据输入
scanf(%f %f %f %f,o1,o2,d3,o4);
o1=o1/180*pi;
o2=o2/180*pi;
o4=o4/180*pi;
float T1[4][4]={{cos(o1),-sin(o1),0,0.2*cos(o1)}, //矩阵
{sin(o1),cos(o1),0,0.2*sin(o1)},
{0,0,1,0},
{0,0,0,1},
},
T2[4][4]={{cos(o2),-sin(o2),0,0.2*
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