PUMA560型机器人

一、PUMA560简介PUMA-560机器手是工业机器人,或称机器人操作臂。从外形来看,它和人的手臂相似,是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。这些连杆就像人的骨架,分别类似于胸、上臂和下臂,PUMA-560机械手的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具,也常称为手或手爪。手臂的动作幅度一般较大,通常实现宏操作。PUMA一560型机器人由机器人本体(手臂)和计算机控制系统两大部分组成。机器人本体(手臂):6个自由度;驱动采用直流伺服电机并配有安全刹闸;手腕最大载荷为2kg(包括手腕法兰盘);最大抓紧力为60N;重复精度为士o.lmm;工具在最大载荷下的速度:自由运动时为1.0m/s,直线运动时为0.5m/s,工具在最大载荷下的加速度为19;操作范围是以肩部中心为球心o.92m为半径的空间半球;夹紧系统由压缩空气环节与四位电磁阀组成;工具安装表面为腕部法兰盘面,安装尺寸为。41.3mm上均布4-MS的安装孔;整个手臂重53kg。PUMA-560机械手的运动学方程PUMA-560机械手属于关节式的机器人,6个关节都是转动关节。前面3个关节确定手腕参考点的位置,后面3个关节确定手腕的方位。和多数工业机器人一样,后3个关节轴线交于一点。关节1的轴线为铅直方向,关节2和关节3的轴线水平且平行距离为a2,关节1和关节2的轴线垂直相交,关节3和关节4的轴线垂直交错,距离为a3。关节1和2的x轴方向的距离为d2,关节3和4的x轴方向的距离为d4。PUMA-560机械手实体图见图1,各个连杆坐标系的连杆参数列于表1中。UMA-560机械手实体图二、PUMA560机构描述如图1所示，PUMA560机构是一个6自由度的串联开链式机构。O-xyz坐标系是基础坐标系,a2,a3,d2,d4是结构参数，(i=1,2,…,6)是转角，α(i=2,3,…,6)是扭角。该机构输入速度矢量是六维的。（1）其中为w角速度，v为线速度。图1PUMA560机构因为该机构为6自由度机构，只要6个杆件间的相对转角1，2，3，4，5，6确定，该机构的位形就全部确定了。本文为了简化分析过程，固定2，3，4，5，6，只令1以1rad/s变化，即q=[100000]T(2)机器人运动学逆解在机器人学中占有重要地位,它直接关系到运动分析、离线编程、轨迹规划,是将工作空间内机器人末端件的位置、姿势转化成关节量的前提.PUMA560机器人运动学逆解的求解方法很多,主要有坐标变换法、图解法、数值解析法.其中不乏减少计算机计算量、提高计算精度和速度的各种数值解法。这些方法明显的共同点是其数学模型都采用了D-H坐标系.各种机器人D-H坐标下的结构参数都比较完备,在此基础上的各种求解方法有些也比较成熟.三、PUMA560机械手的运动学方程质心坐标系下的PUMA560机械手运动学方程为:其中:矩阵列向量(N,O,A)的分量分别表示机械手末端坐标系的3个坐标轴上的单位向量投影到基座坐标系的方向余弦;而列向量P的分量分别表示末端坐标原点在基座坐标系的坐标值。四、机械手的运动学逆解机械手的运动学逆问题是在已知末端杆件相对基坐标系的位姿矩阵,反解出各杆的关节变量.考虑到逐个前乘逆变换的方法需要进行大量的矩阵运算.采用如下形式的运动学方程:可得表达式:由线性关系可得方程组:两边平方相加并化简得:解得：五、算例下面给出PUMA560机械手运动学逆解的具体算例.各关节初始角度均为0度,其结构参数为:设其目标位姿为:求得各关节变量的一组解为:六、结语将PUMA560机械手各杆的附体坐标系建立在其质心位置上,建立了机械手的结构参数.在求解机械手运动学逆问题的时候,避免了大量的逆矩阵相乘,减少了计算量,提高了求解速度.