廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院 陳 才

基于Ma t l a b的MOT OMA N-MH 1 2機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)仿真

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院 陳 才

通過研究安川公司的MOTOMAN-MH12機(jī)器人，對機(jī)器人的各項關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)分析解讀，然后通過DH坐標(biāo)系的建立和使用齊次變換矩陣建立機(jī)器人正運(yùn)動模型。最后，使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，與廠商給出的機(jī)器人運(yùn)動范圍做對比，從而驗證所建坐標(biāo)系和正運(yùn)動模型的準(zhǔn)確性和正確性。

MOTOMAN-MH12機(jī)器人；正運(yùn)動學(xué)；MATLAB；DH參數(shù)表

0 引言

本款機(jī)器人MOTOMAN-MH12采用流線型手臂構(gòu)造，最大可以搬運(yùn)重量12kg，是同級別中最快的工業(yè)機(jī)器人，大大提高了生產(chǎn)力。

本文以MOTOMAN-MH12機(jī)器人為研究對象。首先通過分析工作范圍和尺寸，建立空間坐標(biāo)系，以及DH參數(shù)表，最后建立數(shù)學(xué)模型，利用Matlab對其工作空間，正運(yùn)動學(xué)進(jìn)行模擬仿真。

1 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)

MOTOMAN-MH12機(jī)器人有6個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍如下圖表所示。S軸是固定底座旋轉(zhuǎn)，L軸和U軸是沿著垂直方向旋轉(zhuǎn)，軸R,B,T是固定在手腕上旋轉(zhuǎn)擺動。

表1 MOTOMAN-MH12機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍

圖1 MOTOMAN-MH12機(jī)器人

圖2 MOTOMAN-MH12 DH坐標(biāo)系

根據(jù)每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動狀態(tài)，以及模型圖可建立MOTOMANMH12的空間坐標(biāo)系（見圖2）。

根據(jù)建立的坐標(biāo)系可以寫出其對應(yīng)的DH參數(shù)表：

表2 MOTOMAN-MH12機(jī)器DH參數(shù)表

2 機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)分析

運(yùn)動學(xué)正解是通過給定機(jī)器人的各個連桿的幾何參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，從而求得尾端連桿坐標(biāo)系相對于基坐標(biāo)系的位姿。我們用齊次變換矩陣表示連桿n坐標(biāo)系在連桿n+1坐標(biāo)系下的位姿。因此可得：

由DH參數(shù)表可得各連桿變換矩陣如下：

再由MOTOMAN-MH12機(jī)器人的正運(yùn)動學(xué)方程，機(jī)器人末端連桿相對于固定坐標(biāo)系的變換可表示為：

得到：

3 MOTOMAN-MH12機(jī)器人仿真

機(jī)器人的工作空間表示了機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的活動范圍，同時它也是衡量機(jī)器人工作能力的一個重要指標(biāo)。本文運(yùn)用matlab對其工作空間進(jìn)行模擬仿真效果圖如圖3所示。

圖3 模擬仿真效果圖

正運(yùn)動學(xué)仿真效果圖如圖4所示。

圖4 正運(yùn)動學(xué)仿真效果圖

4 結(jié)論

本文通過MATLAB對安川公司的MOTOMAN-MH12機(jī)器人進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，正運(yùn)動學(xué)分析，仿真得到該款機(jī)器人的工作空間和關(guān)節(jié)運(yùn)動與官方給出的工作空間和參數(shù)基本一致，驗證了所建立的機(jī)器人數(shù)學(xué)模型，正運(yùn)動學(xué)分析的正確性。從而對機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)研究更為直觀，方便。

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陳才（1994—），江蘇泰興人，碩士，主要研究方向：ARM嵌入式系統(tǒng)。

陳才（1994—），江蘇泰興人，大學(xué)碩士，現(xiàn)就讀于廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院。