机器人学基础实验报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！实验报告一、基本理论本实验以SCARA四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题.机器人运动学问题包括运动学方程的表示,,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础。机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)空间法和直角坐标空间法。关节坐标空间：节矢量，关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。图1-1是GRB400机械臂的关描述对于运动控制是非常直接的。直角坐标空间：机器人末端的位臵和方位也可用所在的直角坐标空间的坐标及方位角来描（如图1-2）。正向运动学求解（运动学正解）问题；反之，当末端执行器在直角坐标系中的坐学反解问题相对难度较大，但在机器人控制中占有重要的地位。机器人逆运动学求解问题包括解的存在性、唯一性及解法三个问题。端执行器位臵在工作空间外，则解不存在。按照最短行程的准则来选择最优解，尽量使每个关节的移动量最小。D-H变化方法求解运动学问题。建立坐标系如下图所示连杆坐标系{i}相对于{i1}的变换矩阵可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H参数为由表1-1给出。齐坐标变换矩阵为：iii描述连杆本身的特征；和描述连杆1与之间的联系。其中是关节变量，其它三个参数不变。表1-1连杆参数表其中连杆长l=200mm，l=200mm，机器人基坐标系为O-XYZ。根据上面的01坐标变换公式，就可以确定各个关节的位姿矩阵。200运动学模型）为：其中：z轴为手指接近物体的方向，称接近矢量a（approach）；y轴为（orientationx轴称法向矢量（normal由右手法则确定，n=o*a。p为手爪坐标系原点在基坐标系中的位臵矢量。运动学逆解：通常可用未知的连杆逆变换右乘上式：令两式对应元素分别相等即可解出。注意：关节运动范围：θ：0~180°1θ：0~100°2d:±40mm3θ:±170°4二、实验目的1．了解四自由度机械臂的开链结构；2．掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理；3．学会机器人运动方程的正反解方法。三、实验系统构成计算机。PCI运动控制卡安装在计算机内，通过伺服驱动系统对机械臂的四个关节的交流伺服电动机驱动控制，实现所需的关节运动。各部分的逻辑关系如图1-5所示。图四、实验步骤步骤1．检查实验系统各部分的信号连接线、电源是否插好，完成后打开伺服驱动系统的电源开关。步骤2．运行GRBserver程序，出现以下程序界面。图步骤3．按下“打开控制器”按钮，按下“伺服上电”按钮。步骤4．清理周围环境，避免机械臂运动时打到周围的人或物。检查末端执行器上的电线连接，避免第四个关节运动时电线缠绕而被拉断。步骤5．按下“自动回零”按钮，机械臂自动回零。步骤6快。步骤7．在“示教操作”区按下相应关节按钮，观察机械臂的运动情况。此时可以按下“记录”按钮，以便以后重复该次运动。步骤8．重复步骤7，演示各种运动及功能。五、实验报告1.正解实验程序：变量初始化程序：%clearsymst1t2t3t4;symsalp1alp2alp3alp4;symsa1a2a3a4;symsd1d2d3d4;各矩阵初始化矩阵：%T010000%T120000%T230000%T340000各参数赋值程序：%====%11角%22角%3d344角正解计算主程序：%2.正解实验结果：θ2(deg)θ4(deg)参数值：30正解理论值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态273.2051273.2051-10.000045.0000正解实验值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态1045结果：273.2000273.2000偏差值0.0019%-10.000045.00000.0019%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)参数值：2090正解理论值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态141.4214341.4214-20.000090.0000正解实验值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态结果：141.4214341.4214偏差值0.0000%-20.000090.00000.0000%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)参数值：45正解理论值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态-141.4214341.4214-20.000090.0000正解实验值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态2090结果：-141.4214341.4214偏差值0.0000%-20.000090.00000.0000%0.0000%0.0000%θ2(deg)θ4(deg)29-100参数值：正解理论值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态166.8871256.9836-29.0000-100.0000正解实验值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态结果：166.8874256.9833偏差值0.0001%-28.9997-99.99990.0002%0.0009%0.0001%θ2(deg)θ4(deg)35150参数值：170正解理论值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态-231.6912-162.2319-35.0000150.0000正解实验值直角坐标X直角坐标Y直角坐标Z手抓姿态结果：-231.6914-162.2316偏差值0.0002%-34.9999149.99990.0001%0.0003%0.0001%3.反解实验程序：变量初始化程序：%clearsymst1t2t3t4;symsalp1alp2alp3alp4;symsa1a2a3a4;symsd1d2d3d4;反解赋值程序：%%0010%%%0000=150;X=280;Y=-25;ZT04计算程序：%反解计算主程序：%symsnxnynzoxoyozaxayazpxpypz;;;;0001++,++200*sin(t1)=py','t1','t2'4.反解实验结果：直角坐标X(P)直角坐标Y(P)直角坐标Z(P)参数：XYZ141.4214-20.0000变量：理论结果：实验结果：偏差值:θ1(deg)45.000045.00000.0000%θ2(deg)45.000044.99960.0008%d3(mm)20.000020.00000.0000%第一组直角坐标X(P)直角坐标Y(P)直角坐标Z(P)参数：XYZ-141.4214-20.0000变量：理论结果：实验结果：偏差值:θ1(deg)90.000090.00000.0000%θ2(deg)45.000044.99960.0008%d3(mm)20.000020.00000.0000%第二组直角坐标X(P)直角坐标Y(P)直角坐标Z(P)参数：XYZ241.6091-30.0000变量：理论结果：实验结果：偏差值:θ1(deg)30.000029.99990.0004%θ2(deg)40.000040.00000.0000%d3(mm)30.000029.99980.0006%第三组第四组第五组直角坐标X(P)直角坐标Y(P)直角坐标Z(P)参数：XYZ200.0000-15.0000变量：理论结果：实验结果：偏差值:θ1(deg)30.651030.65080.0008%θ2(deg)51.320051.31750.0050%d3(mm)15.000014.