機器人學基礎(chǔ)實驗報告

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！實驗報告一、基本理論本實驗以SCARA四自由度機械臂為例研究機器人的運動學問題.機器人運動學問題包括運動學方程的表示,,這些是研究機器人動力學和機器人控制的重要基礎(chǔ),也是開放式機器人系統(tǒng)軌跡規(guī)劃的重要基礎(chǔ)。機械臂桿件鏈的最末端是機器人工作的末端執(zhí)行器(或者機械手)空間法和直角坐標空間法。關(guān)節(jié)坐標空間：節(jié)矢量，關(guān)節(jié)矢量構(gòu)成的空間稱為關(guān)節(jié)坐標空間。圖1-1是GRB400機械臂的關(guān)描述對于運動控制是非常直接的。直角坐標空間：機器人末端的位臵和方位也可用所在的直角坐標空間的坐標及方位角來描（如圖1-2）。正向運動學求解（運動學正解）問題；反之，當末端執(zhí)行器在直角坐標系中的坐學反解問題相對難度較大，但在機器人控制中占有重要的地位。機器人逆運動學求解問題包括解的存在性、唯一性及解法三個問題。端執(zhí)行器位臵在工作空間外，則解不存在。按照最短行程的準則來選擇最優(yōu)解，盡量使每個關(guān)節(jié)的移動量最小。D-H變化方法求解運動學問題。建立坐標系如下圖所示連桿坐標系{i}相對于{i1}的變換矩陣可以按照下式計算出，其中連桿坐標系D-H參數(shù)為由表1-1給出。齊坐標變換矩陣為：iii描述連桿本身的特征；和描述連桿1與之間的聯(lián)系。其中是關(guān)節(jié)變量，其它三個參數(shù)不變。表1-1連桿參數(shù)表其中連桿長l=200mm，l=200mm，機器人基坐標系為O-XYZ。根據(jù)上面的01坐標變換公式，就可以確定各個關(guān)節(jié)的位姿矩陣。200運動學模型）為：其中：z軸為手指接近物體的方向，稱接近矢量a（approach）；y軸為（orientationx軸稱法向矢量（normal由右手法則確定，n=o*a。p為手爪坐標系原點在基坐標系中的位臵矢量。運動學逆解：通?？捎梦粗倪B桿逆變換右乘上式：令兩式對應(yīng)元素分別相等即可解出。注意：關(guān)節(jié)運動范圍：θ：0~180°1θ：0~100°2d:±40mm3θ:±170°4二、實驗?zāi)康?．了解四自由度機械臂的開鏈結(jié)構(gòu)；2．掌握機械臂運動關(guān)節(jié)之間的坐標變換原理；3．學會機器人運動方程的正反解方法。三、實驗系統(tǒng)構(gòu)成計算機。PCI運動控制卡安裝在計算機內(nèi)，通過伺服驅(qū)動系統(tǒng)對機械臂的四個關(guān)節(jié)的交流伺服電動機驅(qū)動控制，實現(xiàn)所需的關(guān)節(jié)運動。各部分的邏輯關(guān)系如圖1-5所示。圖四、實驗步驟步驟1．檢查實驗系統(tǒng)各部分的信號連接線、電源是否插好，完成后打開伺服驅(qū)動系統(tǒng)的電源開關(guān)。步驟2．運行GRBserver程序，出現(xiàn)以下程序界面。圖步驟3．按下“打開控制器”按鈕，按下“伺服上電”按鈕。步驟4．清理周圍環(huán)境，避免機械臂運動時打到周圍的人或物。檢查末端執(zhí)行器上的電線連接，避免第四個關(guān)節(jié)運動時電線纏繞而被拉斷。步驟5．按下“自動回零”按鈕，機械臂自動回零。步驟6快。步驟7．在“示教操作”區(qū)按下相應(yīng)關(guān)節(jié)按鈕，觀察機械臂的運動情況。此時可以按下“記錄”按鈕，以便以后重復該次運動。步驟8．重復步驟7，演示各種運動及功能。五、實驗報告1.正解實驗程序：變量初始化程序：%clearsymst1t2t3t4;symsalp1alp2alp3alp4;symsa1a2a3a4;symsd1d2d3d4;各矩陣初始化矩陣：%T010000%T120000%T230000%T340000各參數(shù)賦值程序：%====%11角%22角%3d344角正解計算主程序：%2.正解實驗結(jié)果：θ2(deg)θ4(deg)參數(shù)值：30正解理論值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)273.2051273.2051-10.000045.0000正解實驗值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)1045結(jié)果：273.2000273.2000偏差值0.0019%-10.000045.00000.0019%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)參數(shù)值：2090正解理論值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)141.4214341.4214-20.000090.0000正解實驗值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)結(jié)果：141.4214341.4214偏差值0.0000%-20.000090.00000.0000%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)參數(shù)值：45正解理論值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)-141.4214341.4214-20.000090.0000正解實驗值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)2090結(jié)果：-141.4214341.4214偏差值0.0000%-20.000090.00000.0000%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)29-100參數(shù)值：正解理論值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)166.8871256.9836-29.0000-100.0000正解實驗值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)結(jié)果：166.8874256.9833偏差值0.0001%-28.9997-99.99990.0002%0.0009%0.0001%θ2(deg)θ4(deg)35150參數(shù)值：170正解理論值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)-231.6912-162.2319-35.0000150.0000正解實驗值直角坐標X直角坐標Y直角坐標Z手抓姿態(tài)結(jié)果：-231.6914-162.2316偏差值0.0002%-34.9999149.99990.0001%0.0003%0.0001%3.反解實驗程序：變量初始化程序：%clearsymst1t2t3t4;symsalp1alp2alp3alp4;symsa1a2a3a4;symsd1d2d3d4;反解賦值程序：%%0010%%%0000=150;X=280;Y=-25;ZT04計算程序：%反解計算主程序：%symsnxnynzoxoyozaxayazpxpypz;;;;0001++,++200*sin(t1)=py','t1','t2'4.反解實驗結(jié)果：直角坐標X(P)直角坐標Y(P)直角坐標Z(P)參數(shù)：XYZ141.4214-20.0000變量：理論結(jié)果：實驗結(jié)果：偏差值:θ1(deg)45.000045.00000.0000%θ2(deg)45.000044.99960.0008%d3(mm)20.000020.00000.0000%第一組直角坐標X(P)直角坐標Y(P)直角坐標Z(P)參數(shù)：XYZ-141.4214-20.0000變量：理論結(jié)果：實驗結(jié)果：偏差值:θ1(deg)90.000090.00000.0000%θ2(deg)45.000044.99960.0008%d3(mm)20.000020.00000.0000%第二組直角坐標X(P)直角坐標Y(P)直角坐標Z(P)參數(shù)：XYZ241.6091-30.0000變量：理論結(jié)果：實驗結(jié)果：偏差值:θ1(deg)30.000029.99990.0004%θ2(deg)40.000040.00000.0000%d3(mm)30.000029.99980.0006%第三組第四組第五組直角坐標X(P)直角坐標Y(P)直角坐標Z(P)參數(shù)：XYZ200.0000-15.0000變量：理論結(jié)果：實驗結(jié)果：偏差值:θ1(deg)30.651030.65080.0008%θ2(deg)51.320051.31750.0050%d3(mm)15.000014.