电 子 科 技 大 学

实 验 报 告

学生姓名： 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 学 号： 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 ： ?nx?n0T?0T?1?2?2T3?d3?3T4??4?=?y41?1?T2??nz??0oxoyoz0axayaz0px?py?? （1-5） pz??1?式1-5表示了SCARA手臂变换矩阵0T4，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：nx?c1c2c4?s1s2c4?c1s2s4?s1c2s4， ny?s1c2c4?c1s2c4?s1s2s4?c1c2s4 nz?0， ox??c1c2s4?s1s2s4?c1s2c4?s1c2c4 oy??s1c2s4?c1s2s4?s1s2c4?c1c2c4 oz?0，ax?0，ay?0，az?1 px?c1c2l2?s1s2l2?c1l1，py?s1c2l2?c1s2l2?s1l1，pz?d3 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。 A??1）求关节1： ?1?arctg???? （1-8）2??1?A?式中：A?22?p2l12?l2?pxy2?p22l1?pxy ；??arctgpx py?rcos(?1??)?2）求关节2： ?2?arctg?? （1-9）rsin(???)?l11??式中：r?2?p2 ；??arctgpxypx py3). 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： d3?pz （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： ?sin?1?nx?cos?1ny?sin?2?cos?4?cos?2?sin?4 由上式可求得： ?4?arctg( ?sin?1?nx?cos?1nycos?1?nx?sin?1ny)??2 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