SCARA机器人的运动学分析

电子科技大学实验报告学生姓名：学号：一、实验室名称：机电一体化实验室二、实验项目名称：实验三SCARA机器人的运动学分析三、实验原理：机器人正运动学所研究的内容是：给定机器人各关节的角度，计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。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（正运动学方程）为：44333222111040TdTTTT=1000zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon（1-5）式1-5表示了SCARA手臂变换矩阵40T，它描述了末端连杆坐标系{4}相对基坐标系{0}的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。式中：421421421421scsssccsscccnx，421421421421sccssscscccsny0zn，421421421421ccscscssssccox421421421421ccccsssscscsoy0zo，0xa，0ya，1za11221221lclsslccpx，11221221lslsclcspy，3dpz机器人逆运动学研究的内容是：已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。1）求关节1：211AAarctg（1-8）式中：2212222212yxyxpplppllA；yxpparctg2）求关节2：1112)sin()cos(lrrarctg（1-9）式中：22yxppr；yxpparctg3).求关节变量d3令左右矩阵中的第三行第四个元素（3.4）相等，可得：zpd3（1-10）4).求关节变量θ4令左右矩阵中的第二行第一个元素（1.1,2.1）相等，即：424211sincoscossincossinyxnn由上式可求得：211114)sincoscossin(yxyxnnnnarctg四、实验目的：1.理解SCARA机器人运动学的D-H坐标系的建立方法；2.掌握SCARA机器人的运动学方程的建立；3.会运用方程求解运动学的正解和反解；五、实验内容：1给机器人四个关节各一个位移量，利用运动学分析的正解方程求出它机器人末端的位置和姿态，然后在机器人实验操作界面上，打开机器人运动分析菜单，输入同样的四个位移量，让机器人求出它末端的位置和姿态，看是否一样。2给机器人一组末端的位置和姿态，据运动方程的逆解求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角。然后在机器人实验操作界面上，打开机器人运动分析菜单，输入同样的位置和姿态参数，让机器人求出它达到这个位置和姿态的各关节角，看是否一样。六、实验器材（设备、元器件）：1．KLD-400型SCARA教学机器人2．KLD-400型SCARA教学机器人配套软件控制系统3．装有Windows系列操作系统的PC机4．KLD-400型SCARA教学机器人控制箱5．实验平台（带有标尺的）板七、实验步骤及操作：1、先把运动控制卡插入ISA插槽，按要求将SCARA机器人的连线都连好；2、然后运行科利达公司提供的软件，运行菜单栏内的运动学分析，点击正运动学菜单，就会看到操作界面，在要求输入数值的地方输入相应的数值，点击计算按钮，结果就会在文本框中显示，记录下此时的输入与输出值；3、这个结果与手工算出的结果相比较，是否一致，如果不一致，请分析原因；4、点击运动学分析菜单下的逆运动学分析的菜单，按要求输入相应的数值，点击计算按钮，结果就会在输出的文本框中显示，记录此时的输入和输出值；5、这个结果与手工算出的结果相比较，是否一致，由于逆解具有多解性，分析计算时应该舍哪个解是正确的。八实验数据及结果分析：1．软件正运动学分析结果:输入值120240d3－50445输出值nx－0.25819ox-0.9659ax0px255.459ny0.965926oy-0.2588ay0py185.317nz0oz0az1pz-240手算正运动学分析输入值120240d3－50445输出值nx－0.25820ox-0.966ax0px255.46ny0.96593oy-0.259ay0py185.32nz0oz0az1pz-2402．软件逆运动学分析结果:输入值px219py226pz-220nx1ny0输出值129.5869240.9066d3-304-70.4935手算逆运动分析结果：输入值px219py226pz-220nx1ny0输出值129.587240.91d3-304-70.494九、实验结论：十、总结及心得体会：十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：报告评分：指导教师签字：