PUMA机器人正逆运动学推导及运动空间解算
姓名:XXXX
学号:XXXXXXXXX
类型:工程硕士
班级:XXXXXXXX
1.建立坐标系
图1 PUMA 机器人坐标系图
2.D-H 参数表
D-H 参数表可根据机器人的坐标系得出,如表1所示。
表1 PUMA 机器人杆件参数表
3.正运动学推导
1
1
11
1100000100
1c s s c T d θθθθ??
-????=?
?-??????22
22122
2222000
010
01c s a c s c a s T d θθθθθθ??
-??
??
=????
????
33
33233
3330001
00000
1c s a c s c a s T θθθθθθ??
-??
??=??-??????44
344
4400000
100
001c s s c T d θθθθ??
??-??=?
???????
5545550
00001000
001c s s c T θθθθ??
-??
??=??-??????66
566
660
0000
010
01c s s c T d θθθθ??
-????
=?
???????
根据各连杆变换矩阵相乘,可以得到PUMA 机器人的变换矩阵,其矩阵为关节变量的函数。
0123456112233445566()()()()()()T T T T T T T θθθθθθ=
将上述6个矩阵相乘得到:
60
1x x x x y y y y z z
z
z n o a p n o a p T n o a p ??
??
??=?
???????
65123541231464123
41[()]()x n c s c s c c cc s s s s cc c s =--+-- 6512354123146412314[()]()y n -c s s s -c c s c c s -s s s c c c =-+
652345234623()z n -c s c c c s s s s =++
6152351423146142341[()]()x o s c s s c c c c s s c c s c c s =-+-- 6152351423146142341[()]()y o s s s s c s c c c s c s s c c c =---+
642365234523()z o c s s s s c c c s =++
2124123651235412314213123[()]x p a c c d c s d c c s s c c c s s d s a c c =--++-+ 2165123541231441232213123[()]y p d c d c s s s c s c c s d s s a c s a s c =-+--++
14232265234523323()z p d d c a s d c c c s s a s =-----
上式中:2323cos()c θθ=+,2323sin()s θθ=+。
将190θ=?,390θ=-?,24560θθθθ====?代入上式,
2
246631010
0011000001d a d d T a d ??
-??
++??
=?
?+?????? 计算结果与实际结果一致,故上述正解推导无误。
4.逆运动学推导
逆运动学推导为由末端笛卡尔坐标系到关节空间。
10
1
1110
0001000001c s d T s c θθθθ
-??
??-??=??-??????2221112
220000010001c s a s c T d θθθθ-??
-??-??
=??-?
????? 33
32
1
333
001000
0001c s a T s c θθθθ
-??
-??
-?
?=??-??
????44
31444400001000
01c s d T s c θθθθ-??
??-??
=?
?-?????? 554
1
555
00010000
001c s T s c θθθθ
-??
??
-??=
??-??
????665166660
0000010
001c s s c T d θθθθ-??
??-??
=?
?-?????? ①求1θ 采用逆变换左乘
10123451623456T T T T T T T -=
111111111
61111111100
1x y
x y
x y
x y z z
z
z x y x y
x y
x y c n s n c o s o c a s a c p s p n o a p T s n c n s o c o s a c a s p c p ??
++++?
?
----??
=?
?-+-+-+-+??
???
?
1
234523456T T T T T =
462365234523[()s s c c s s c c c ---,652345234623()s s s c c c s c c --,
5234523c s c s c +,4232265234523323()d s a c d c s c c c a c +++-;
462365234523()s s s c s c c c c -++,652345234623()s s c c c s s c s -+-,
5234523c c c s s -+,4232265234523323()d c a s d c c c s s a s -++-+-;
46564c s c c s +,46546c c c s s -,45s s ,2645d d s s +;0,0,0,1]
可得[3,3],[3,4]对应相等,即:
1145x y s a c a s s -+=,112645x y s p c p d d s s -+=+
联立求解,设:
61cos x x p a d ρ?-=,61sin y y p a d ρ?-=,
1ρ=
arctan y
x p p ???=
???
。 进行推导:
121sin()d /?
θρ-=,1cos()?θ-=
1arctan
d ?θ-=±
616arctan arctan
y y x x p a d d p a d θ??
-=± ?-??
②求2θ,3θ
102345263456T T T T T T -=
1026T T -=
12221[x z y c c n n s c n s -+,12221x z y c c o o s c o s -+,
12221x z y c c a a s c a s -+,12221x z y c c p p s c p s -+;
12212x z y c s n c n n s s ---,12212x z y c s o c o o s s ---, 12212x z y c s a c a a s s ---,12212x z y c s p c p p s s ---;
11y x c n n s -,11y x c o o s -,11y x c a a s -,112y x c p p s d --;0,0,0,1]
2
3453456T T T T =
635345346[()c s s c c c c s s --,635345346()s s s c c c c s c --,35345s c c c s -,
4333635345()d s a c d s c c c c -++;
635345346()c c s s c c s s s +-,635345346()s c s s c c s s c -+-,35345c c s c s -+,
4333635345()d c a s d c c s c c ---+;
46456c s s c c +,46456c c s c s -,45s s ,645d s s ;0,0,0,1]
结合上述公式可得:
1222214333653345()x z y c c p p s a c p s d s a c d c s c c c --+=-++
122214333653345()x z y c s p p c s p s d c a s d c c s c c ---=---+
3ρ=
6161116arctan x y x y
z z
d a c d a s c p s p p d a ψ??+--=
?-?
?
可得计算公式:
23322cos()sin()a ρφθρψθ-+++= 2332sin()cos()0ρφθρψθ-+++=
整理得:
22261611126arctan arctan x y x y z z d a c d a s c p s p a p d a ρρθ????+----=±-??-??
433322arctan arctan d a θ??=±-??--??????
③求4θ
10454656T T T T -=
1046T T -=
144123144123423[()()y x z n c s c s c n s s c c c c n s +---,
144123144123423()()y x z o c s c s c o s s c c c c o s +---, 144123144123423()()y x z a c s c s c a s s c c c c a s +---,
2243232223323222324144123144123423()()()x y z c a c a c c a s a s s d s p s s c c c p c s c s c c p s -+----++-;
23123123z x y c n c n s n s s ---,23123123z x y c o c o s o s s ---,23123123z x y c a c a s a s s ---,
42322232223123123z x y d c p a c s a s c c p s p s s -+---;
144123144123423()())y x z n c c s s c n s c s c c s n s ---+,
144123144123423()())y x z o c c s s c o s c s c c s o s ---+, 144123144123423()())y x z a c c s s c a s c s c c s a s ---+,
22
14412343232223323222314412324423
()()()y x z p c c s s c s a c a c c a s a s c p s c s c c d c s p s ---+--+-+0,0,0,1]
56
565
6545
5656
5655666
000
1c c c s s d s s c s c c d c T T s
c ??
-??
---??
=????????
联立求解得:
144123144123423()()y x z a c c s s c a s c s c c s a s --++
11
4231
23123arctan y x y x z a c a s a c s a c c a s θ??-= ? ?
+-??
④求5θ,6θ
105566T T T -=
15234235145152342351455234235[()][()]()0x y z o c c c c c s s s s o s c c c c s c s s o c c c c s +-++++-=
1441231441234236()()y x z n c c s s c n s c s c c s n s s --++= 1441231441234236()()y x z o c c s s c o s c s c c s o s c --++=
求解得:
141423142314423523123123arctan x x y y z y x z o s s o c c s o s s c o c s o c s o s s o s c o c θ??
---+= ? ?++??
144123144123423614
4123144123423()()arctan ()()y x z y x z n c c s s c n s c s c c s n s o c c s s c o s c s c c s o s θ??--++= ? ?
--++??
由计算过程可以看出机器人的运动学逆解存在多组解,需要根据关节的运动范围和运动的优化进
行选择。
5.工作空间
采用运动学正解的方法求解PUMA 机器人的工作空间,考虑到4θ5θ6θ的变化对机器人末端运动范围的影响较小,编程时只进行了1θ2θ3θ的循环。
工作空间求解的MATLAB 代码如下: clear; clc;
a2=431.8; a3=20.32; d1=500; d2=149.09; d4=433.07; d6=56.25;
for c1=(-160:10:160)*pi/180;
T01=[cos(c1),0,-sin(c1),0;sin(c1),0,cos(c1),0;0,-1,0,d1;0,0,0,1]; for c2=(-225:10:45)*pi/180;
T12=[cos(c2),-sin(c2),0,a2*cos(c2);sin(c2),cos(c2),0,a2*sin(c2); 0,0,1,d2; 0,0,0,1];
T02=T01*T12;
for c3=(-45:10:225)*pi/180;
T23=[cos(c3),0,-sin(c3),a3*cos(c3);sin(c3),0,cos(c3),a3*sin(c3);0,
-1,0,0;0,0,0,1];
T03=T02*T23; c4=0*pi/180;
T34=[cos(c4),0,sin(c4),0;sin(c4),0,-cos(c4),0;0,1,0,d4;0,0,0,1]; T04=T03*T34; c5=0*pi/180;
T45=[cos(c5),0,-sin(c5),0;sin(c5),0,cos(c5),0;0,-1,0,0;0,0,0,1]; T05=T04*T45; c6=0*pi/180;
T56=[cos(c6),-sin(c6),0,0;sin(c6),cos(c6),0,0;0,0,1,d6;0,0,0,1]; T06=T05*T56;
Object=T06*[0 0 0 1]'; plot3(Object(1),Object(2),Object(3)); hold on; end end end
title('PUMA 机器人运动空间'); xlabel('X'); ylabel('Y'); zlabel('Z'); view([1,0,0]); view([0,1,0]); view([0,0,1]); grid on;
hold off;
运行上述程序,结果如下所示:
图2 工作空间轴测图
图3 工作空间XZ平面投影
图4 工作空间YZ平面投影
图5 工作空间XY平面投影
“工业机器人”设计大作业 作品题目:货物装卸机器人 专业:机械设计制造及其自动化 姓名:班级:学号: 姓名:班级:学号: 姓名:班级:学号: 指导教师:陈明
1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件,是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作,大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台,被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度,超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一,在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究,深入了解其工作是 如何进行,各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合,先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 (1)设计要考虑要求和工作环境的限制。 (2)考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高,为了简化结构,境地成本,采用 角铁焊接结构。 (3)为了满足设计要求,须设计三个独立的电机驱动系统,各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 (4)本次设计只是该题目的机械部分,而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种:带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等,一般地说,啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动;蜗轮传动工作的发热 情况较为严重,因而传动的功率不宜过大;摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力,故而 在传递同一圆周力时,其压轴力比齿轮传动的大几倍,因而不宜用于大功率传动。带传
永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析 姓名:周伟学号:1022229 班级:机制二班 指导老师:沈伟 一、作者简介 (2) 二、名词解释 (3) 三、文献索引 (4) 四、作者写该文的目的 (5) 五、作者对于永磁同步电机伺服系统的启动过程的研究.. 5 六、永磁同步电机伺服系统的前景及应用 (8) 七、永磁同步电机伺服系统的现状 (13) 八、对永磁同步电机伺服系统的相关补充 (14) 九、我对永磁同步电机伺服系统的启动过程的认识 (15)
永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析 内容: 一、作者简介 邓智泉:男,1969年生,电机与电器专业教授,博士生指导教师。1993年、1996年分别在东北大学获得工学硕士学位和工学博士学位。1996年4月起在南京航空航天大学开始博士后阶段研究工作,研究课题为“异步电动机直接力矩控制系统的关键问题研究”,在此期间完成中国博士后科学基金资助课题“异步电动机的非线性自适应控制”的研主要科研成果。 严仰光:1935年3月生,男,教授、博士生导师,我国著名航空电源专家,享受国务院政府特殊津贴专家,是航空电源航空科技(部级)重点实验室的创建者与首任主任。 1958年毕业于南京航空学院(现南京航空航天大学)航空电机电器专业。长期从事航空电源系统电机与控制、功率变换技术的教学和科研工作。获国家技术发明二等奖、省部级技术发明一等奖、科技进步二、三等奖多项,获授权国家发明专利36项,发表学术论文300余篇,主编专著和教材三部。培养了一大批电力电子与电力传动、电机与电器领域的知名专家和企业家,包括航空电源公司董事长、大型民营电源公司董事长、长江学者特聘教授以及重点高校电气工程学科带头人等。
第一章绪论 一、填空1 、手臂、 下肢运动 2、示教再现机器人、感知机器人、智能机器人 3、日系、欧 系二、选择 1、 D 2、D 3、C 三、判断 1、2 2、“ 3、X 第二章工业机器人的机械结构和运动控制 一、填空 1 、自由 度 2、操作机、控制器、示教器、末端执行器、操作机、控制器、示教器 3、点位运动 (PTP、连续路径运动(CP、CP 4、正 向二、选 择 1、D 2、D 三、判断 第三章手动操纵工业机器人、填空1 、机器人轴、基座轴、基座 轴、外部轴2 、工具3 、点动 二、选择 1、D 2、D 三、判断 1、X 2、X 3、“ 4、X 5、“ 四、综合应用
表手动移动机器3-6 人要领
第四章初识工业机器人的作业编程一、填空1、示教、程 序、再现2、跟踪 3、离线编程 二、选择 1、B 2、D 3、D 三、判断 1>V 2、“ 3、X 4、X 5>V 四、综合应用 表直线轨迹作业 4-6示教
第五章搬运机器人的作业编程 、填空1 、龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人 2 、吸附式、夹钳式、仿人式 3 、机器人控制柜、示教器、气体发生装置、气吸附手爪 、选择 1、D 2、D 三、判断 1>V 2、“ 3、“ 四、综合应用 略 第六章码垛机器人的作业编程 一、填空1 、龙门式码垛机器人、摆臂式码垛机器人2、吸附式、夹板式、抓取式、组合式3 、 操作机、机器人控制柜、示教器、真空发生装置、气体发生装置4 、一进一出、一进两出、两进两出 二、选择 1、A 2、A 三、判断 1、x 2、X 3、“ 四、综合应用略 第七章焊接机器人的作业编程 一、填空1 、关节式2 、C 型、伺服 3、弧焊、示教器、焊枪、操作机、弧焊电源 4、双、 双、H 二、选择 1 、B 2 、D 3、D
IRB1600型机器人的运动学分析及仿真
目录 1.引言................................................................................................................ - 2 - 1.1 ABB公司简介.................................................................................... - 3 - 1.2ABB发展历史 .................................................................................... - 4 - 2. IRB1600 ........................................................................................................ - 5 - 2.1 IRB1600的资料................................................................................. - 6 - 2.2建立基于D-H方法的连杆坐标系 ................................................... - 8 - 2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程....................................... - 10 - 3. 虚拟样机的建立........................................................................................ - 12 - 3.1 导入.................................................................................................. - 12 - 3.2 添加约束副...................................................................................... - 13 - 3.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真 ............................................. - 14 - 4. 结语............................................................................................................ - 18 - 5. 参考资料.................................................................................................... - 19 -
0.1 简述工业机器人的定义,说明机器人的主要特征。 答:机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置,通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。 1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官(肢体、感官等)的功能。 2.机器人具有通用性,工作种类多样,动作程序灵活易变。 3.机器人具有不同程度的智能性,如记忆、感知、推理、决策、学习等。 4.机器人具有独立性,完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。 0.2工业机器人与数控机床有什么区别? 答:1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链; 2.工业机器人一般具有多关节,数控机床一般无关节且均为直角坐标系统; 3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。 4.机器人灵活性好,数控机床灵活性差。 0.5简述下面几个术语的含义:自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答:自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目,不包括手爪(末端执行器)的开合自由度。 重复定位精度是关于精度的统计数据,指机器人重复到达某一确定位置准确的概率,是重复同一位置的范围,可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合,也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度,可以是指自由度上最大的稳定速度,也可以定义为 手臂末端最大的合成速度(通常在技术参数中加以说明)。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 0.6什么叫冗余自由度机器人? 答:从运动学的观点看,完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手,图中L1=2L2,关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围(画图时可以设L2=3cm)。
机器人技术基础作业 学院:电气与信息工程 班级:电子信息工程1302 姓名:唐佳伟 学号:A19130150 1.工业机器人的末端操作器有哪些种类? 答:工业机器人的手部也叫末端操作器,它直接装在工业机器人的手腕上用于夹持工件或让工具按照规定的程序完成指定的工作。可以具有手指,也可以不具有手指;可以有手爪,也可以是专用工具。用在工业上的机器人的手是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同,因此工业机器人末端操作器是多种多样的 2.夹钳式取料手由哪几部分组成,每部分的作用是什么? 答:夹钳式手部与人手相似,是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手爪和驱动结构,传动机构,及连接与支撑原件组成,如图,能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。
(1).手指 手指是直接与工件接触的部件,手部松开和夹紧工件,就是通过手指的张开与闭合实现的,机器人的手部一般有两个手指,也有三个或多个手指,其结构形式常取决于北京加持弓箭的形状和特性。 指端的形状:V型指和平面指。如图所示的三种V型的形状,用来夹持圆柱形工件,平面指为夹钳式手的指端,一般用于加持正方形,板形或细小棒。
3.试绘制一种的结构件图,并简单描述其工作原理?
夹钳式手部与人手相似, 是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手指(手爪)和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成, , 能通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。 3.吸附式取料手有哪些种类,适用范围如何? 答:电磁吸盘 电磁吸盘的结构: a)主要由磁盘、防尘盖、线圈、壳体等组成。 工作原理: b)夹持工件: i.线圈通电→空气间隙的存在→线圈产生大的电感和启动电流→周围 产生磁场(通电导体一定会在周围产生磁场)→吸附工件 c)放开工件: i.线圈断电→磁吸力消失→工件落位 适用范围: 适用于用铁磁材料做成的工件;不适合于由有色金属和非金属材料制 成的工件。 适合于被吸附工件上有剩磁也不影响其工作性能的工件。 适合于定位精度要求不高的工件。 适合于常温状况下工作。铁磁材料高温下的磁性会消失。
机器人测控技术 大作业 题目: 电气工程学院 学院名称:电气工程学院 专业班级:自动 学生姓名: 学号: 2015 指导教师:张世杰
考虑如图1所示的双关节刚性机械臂,试分析以下问题: 图1 双关节机械臂示意图 (1) 用D-H 建模法建立上述机械臂的运动学方程; (2) 忽略重力、摩擦力和干扰项的情况下,建立该机械臂的动力学 方程; (3) 如果取11l =,20.8l =,120.5m m ==,初始状态: 11220.100.10q q q q ???? ????????=?????????? ?? 试设计一个PD 控制器,让其跟踪一条如下指定的曲线: 12sin 2sin 2d d q t q t ππ=?? =?,并利用Matlab 中给出仿真结果。 解: Y 0 X 0 X 1 Y 1 X 2 Y2
①建立坐标系 a 、机座坐标系{0} b 、杆件坐标系{i } ②确定参数 d i ——相邻坐标系x 轴之间的距离; θi ——相邻坐标系x 轴之间的夹角; l i ——相邻坐标系z 轴之间的距离; αi ——相邻坐标系z 轴之间的夹角。 ③相邻杆件位姿矩阵 M 01=Rot(z,θ1)·Trans(l 1,0,0) = 1 00 01000011 011θθθθc s s c - 1 000010000101 l 001 = 1 01001 1011 1 1011θθθθθθs L c s c L s c - 同理可得: M 12=Rot(z,θ2)·Trans(l 2,0,0) = 1 01002 20222 2022θθθθθθs L c s c L s c - M 23(h )=Rot(z,θ3)·Trans(l 3,0,0) = 1 01003 30333 3033θθθθθθs L c s c L s c -
机器人视觉论文 论文题目:基于opencv的手势识别院系:信息科学与工程学院 专业:信号与信息处理 姓名:孙竟豪 学号:21160211123
摘要 文中介绍了一种易于实现的快速实时手势识别算法。研究借助计算机视觉库OpenCV和微软Visual Studio 2008 搭建开发平台,通过视频方式实时提取人的手势信息,进而经二值化、膨胀腐蚀、轮廓提取、区域分割等图像处理流程甄别出当前手势中张开的手指,识别手势特征,提取出人手所包含的特定信息,并最终将手势信息作为控制仪器设备的操作指令,控制相关设备仪器。 0、引言 随着现代科技的高速发展及生活方式的转变,人们越发追求生活、工作中的智能化,希望享有简便、高效、人性化的智能操作控制方式。而伴随计算机的微型化,人机交互需求越来越高,人机友好交互也日益成为研发的热点。目前,人们已不仅仅满足按键式的操作控制,其目光已转向利用人体动作、表情变化等更加方便、友好、直观地应用智能化交互控制体系方面。近年来,国内外科学家在手势识别领域有了突破性进展。1993 年B.Thamas等人最先提出借助数据手套或在人手粘贴特殊颜色的辅助标记来进行手势动作的识别,由此开启了人们对手势识别领域的探索。随后,手势识别研究成果和各种方式的识别方法也纷然出现。从基于方向直方图的手势识别到复杂背景手势目标的捕获与识别,再到基于立体视觉的自然手势识别,每次探索都是手势识别领域内的重大突破。 1 手势识别流程及关键技术 本文将介绍一种基于 OpenCV 的实时手势识别算法,该算法是在现有手势识别技术基础上通过解决手心追踪定位问题来实现手势识别的实时性和高效性。 基于 OpenCV 的手势识别流程如图 1 所示。首先通过视频流采集实时手势图像,而后进行包括图像增强、图像锐化在内的图像预处理,目的是提高图像清晰度并明晰轮廓边缘。根据肤色在 YCrCb 色彩空间中的自适应阈值对图像进行二值化处理,提取图像中所有的肤色以及类肤色像素点,而后经过膨胀、腐蚀、图像平滑处理后,祛除小块的类肤色区域干扰,得到若干块面积较大的肤色区域; 此时根据各个肤色区域的轮廓特征进行甄选,获取目标手势区域,而后根据目标区域的特征进行识别,确定当前手势,获取手势信息。
《机器人技术基础》课程考核大作业 一、进行课程学习考核(大作业形式的目的: 工业机器人系统设计是专业选修课的一个理论与实践相结合的教学环节,是机械类基础课程的延伸,可以巩固和加强机械类基础课程学习和工程应用知识的拓展,可以为毕业设计和就业工作打下良好基础,其目的是: 1、通过资料查询与整理,联系生产实际,运用所学过的知识,使学生得到对课题的论证与分析、问题解决对策、自主学习、团队合作等能力的培养。 2、利用机械类的前序课知识,学会并掌握工业机器人系统设计的特点及方法,学会并掌握工业机器人系统设计中“总体方案设计” 、“参数设计” 、“组成机构原理与分析” 、“机械结构装置设计” 、“控制系统设计”等方面的一般方法和技术要求。 3、加强机械设计中基本技能的训练, 如:设计计算能力, 运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力,以及机械、电气系统的综合运用能力。 二、同学可以选择的课题领域: 1. 玻璃、陶瓷加工业用的工业机器人 2. 化学工业中应用的工业机器人 3. 建筑行业应用的工业机器人 4. 塑料工业中应用的工业机器人(如:装配、搬运 5. 用于包装工业的工业机器人 6. 电气和电子工业中应用的工业机器人:工件搬运和存放的工业机器人 7. 特殊行业应用的工业机器人(如:医疗、残疾、家庭
8. 用于金属生产和加工的工业机器人 9. 用于木加工业的工业机器人:木加工行业装配和搬运的工业机器人 10. 用于食品供应和加工的工业机器人:食品工业中的装配和搬运的工业机器人 11. 承担复杂机具搬运任务的工业机器人 12. 搬运和托盘堆码应用的工业机器人 13. 普通机械制造领域的装配和搬运作业的工业机器人 14. 用于机床上下料件的工业机器人 15. 用于粘接和密封的工业机器人 16. 用于金属生产和加工的工业机器人 17. 锻冶场所装卸的工业机器人 18. 金属生产和加工业的装配和搬运的工业机器人 19. 用于压铸和注模成型机装卸的工业机器人 三、设计内容与要求: 1.介绍所选工业机器人系统的组成及各部分的关系,理解其机、电组成系统的要求(包括:需求分析、功能分析与分解、功能求解与集成、设计方案的形成、方案的评价等,掌握工业机器人系统方案设计的主要进程以及各阶段的主要工作内容,初步领会工业机器人系统的设计方案及一般程序。 2.介绍工业机器人系统的总体设计的概念及一般过程,包括明确总体布局设计的内容, 掌握总体布局设计的要求,以及确定主要的技术参数、总体设计图的内容。
一、判断题 1.机械手亦可称之为机器人。(Y) 2.完成某一特定作业时具有多余自由度得机器人称为冗余自由度机器人。(Y ) 3、关节空间就是由全部关节参数构成得。(Y) 4、任何复杂得运动都可以分解为由多个平移与绕轴转动得简单运动得合成。(Y) 5、关节i得坐标系放在i-1关节得末端。(N) 6.手臂解有解得必要条件就是串联关节链中得自由度数等于或小于6。(N ) 7.对于具有外力作用得非保守机械系统,其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之与。(N ) 8.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量得传感器。(Y ) 9.激光测距仪可以进行散装物料重量得检测。(Y ) 10.运动控制得电子齿轮模式就是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比得随动系统。(Y ) 11.谐波减速机得名称来源就是因为刚轮齿圈上任一点得径向位移呈近似于余弦波形得变化。(N ) 12.轨迹插补运算就是伴随着轨迹控制过程一步步完成得,而不就是在得到示教点之后,一次完成,再提交给再现过程得。(Y ) 13.格林(格雷)码被大量用在相对光轴编码器中。(N ) 14.图像二值化处理便就是将图像中感兴趣得部分置1,背景部分置2。(N)15.图像增强就是调整图像得色度、亮度、饱与度、对比度与分辨率,使得图像效果清晰与颜色分明。(Y) 二、填空题 1、机器人就是指代替原来由人直接或间接作业得自动化机械。 2、在机器人得正面作业与机器人保持300mm 以上得距离。 3、手动速度分为: 微动、低速、中速、高速。
4、机器人得三种动作模式分为: 示教模式、再现模式、远程模式。 5、机器人得坐标系得种类为: 关节坐标系、直角坐标系、圆柱坐标系、工具坐标系、用户坐标系。 6、设定关节坐标系时,机器人得 S、L、U、R、B、T 各轴分别运动。 7、设定为直角坐标系时,机器人控制点沿 X、Y、Z 轴平行移动。 8、用关节插补示教机器人轴时,移动命令为MOVJ 。 9、机器人得位置精度PL 就是指机器人经过示教得位置时得接近程度,可以分为9个等级,分别就是PL=0,PL=1,PL=2,PL=3,PL=4,PL=5 ,PL=6 ,PL=7,PL=8 。马自达标准中,PL=1 指只要机器人 TCP 点经过以示教点为圆心、以 0、5mm为半径得圆内得任一点即视为达到;PL=2 指只要机器人 TCP 点经过以示教点为圆心、以20mm 为半径得圆内得任一点即视为达;PL=3 指只要机器人 TCP 点经过以示教点为圆心、以75mm 为半径得圆内得任一点即视为达到。 10、机器人得腕部轴为R,B,T ,本体轴为S, L,U 。 11、机器人示教就是指:将工作内容告知产业用机器人得作业。 12、机器人轨迹支持四种插补方式,分别就是关节插补,直线插补,圆弧插补, 自由曲线插补,插补命令分别就是MOVJ,MOVL,MOVC,MOVS 。 13、关节插补以最高速度得百分比来表示再现速度,系统可选得速度从慢到快依次就是 0、78%,1、56%,3、12%,6、25%,12、50%,25、00%,50、00%,100、00%。 14、干涉区信号设置有两种,分别就是绝对优先干涉区与相对优先干涉区,基于设备安全方面考虑,现场使用得干涉区绝大多数都就是绝对优先干涉区,并尽可能得通过作业时序上错开得方法来实现节拍最优化。 15、机器人按机构特性可以划分为关节机器人与非关节机器人两大类。 16、机器人系统大致由驱动系统、机械系统、人机交互系统
大作业:PUMA 机器人 1. 坐标系建立 利用D-H 参数法建立坐标系: 2.D-H 参数表 关节 i θ(?) i α(?) i l i d 运动范围 1 90 -90 0 0 -160°~160° 2 0 0 a 2 d 2 -225°~45° 3 90 90 -a 3 0 -45°~225° 4 0 -90 0 4d -110°~170° 5 0 90 0 0 -100°~100° 6 6d -266°~266° 3. 正运动学推导
3.1变换矩阵求取 1 i-1i 11Rot(,) Trans(0,0,d ) Trans(l ,0,0) Rot(,) = 00 1i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s c s s l c c c c c s l s A z x s c d θθαθαθθ θαθαθθααα----????-? ?=?????? 列各D-H 变换矩阵如下: 110101010010000 01-????? ?=??-? ???c s s c A 2212222 02220200 10 001c s a c s c a s A d -??????=?? ???? 33233 03 3303301000001c s a c s c a s A -?? ??--??=?? ? ? ?? 344404040400100001-??????=??-????c s s c A d 45 50 5 0505001000001c s s c A ????-??=?? ?? ?? 5666-6 066000010 001c s s c A d ?? ????=?? ???? 注:为书写方面,本文中cos ,sin i i ci si θθ== 又由00123456123456T A A A A A A =?????,利用Matlab 进行符号运算,运行程序PUMAzhengyundongxue (程序详见附录)得: ??????? ?? ???=10 0060 pz az sz nz py ay sy ny px ax sx nx T 其中 - c6*(s5*(c1*c2*s3 + c1*c3*s2) + c5*(s1*s4 - c4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3))) - s6*(c4*s1 + s4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3))s6*(c1*c4 - s4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)) - c6*(s5*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2) nx ny == - c5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)))s4*s6*(c2*s3 + c3*s2) - c6*(s5*(c2*c3 - s2*s3) + c4*c5*(c2*s3 + c3*s2))nz ??? ??? ?=??
工业机器人技术题库及答案 一、判断题 第一章 1、工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。√ 2、被誉为“工业机器人之父”的约瑟夫·英格伯格最早提出了工业机器人概念。 × 3、工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、手腕、末端操作器4大件组成。 × 4、示教盒属于机器人-环境交互系统。× 5、直角坐标机器人的工作范围为圆柱形状。× 6、机器人最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些。√ 7、承载能力是指机器人在工作范围内的特定位姿上所能承受的最大质量。× 第二章 1、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手臂和机座。√ 2、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手肘和手臂。× 3、工业机器人的手我们一般称为末端操作器。√ 4、齿形指面多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。√ 5、吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体。√ 6、柔性手属于仿生多指灵巧手。√ 7、摆动式手爪适用于圆柱表面物体的抓取。√ 8、柔顺性装配技术分两种:主动柔顺装配和被动柔顺装配。√ 9、一般工业机器人手臂有4个自由度。× 10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。× 11、行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹和无固定轨迹两种方式。√ 12、机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。√ 13、手腕按驱动方式来分,可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。√ 第三章 1、正向运动学解决的问题是:已知手部的位姿,求各个关节的变量。× 2、机器人的运动学方程只局限于对静态位置的讨论。√ 第四章 1、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。√ 2、视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的60% 。× 3、工业机器人用力觉控制握力。× 4、超声波式传感器属于接近觉传感器。√ 5、光电式传感器属于接触觉传感器。× 6、喷漆机器人属于非接触式作业机器人。√ 7、电位器式位移传感器,随着光电编码器的价格降低而逐渐被取代。√ 8、光电编码器及测速发电机,是两种广泛采用的角速度传感器。× 9、多感觉信息融合技术在智能机器人系统中的应用, 则提高了机器人的认知水平。 √ 第五章 1、机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。√
可编辑版 《机器人技术》大作业 (2015年秋季学期) 题目工业机器人概述 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015年12月5日 哈尔滨工业大学 .
内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人;服务机器人; 仿生鱼、蛇等仿生机器人;军用及其它机器人等)为例,撰写一篇大作业,题目自拟,以下内容仅作参考: 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等); 2) 机器人的运动学及动力学分析; 3) 机器人的控制及轨迹规划; 4) 驱动及伺服系统设计; 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟,拒绝雷同和抄袭; 3.参考文献不少于7篇,其中至少有2篇外文文献; 4.报告统一用该模板撰写,字数不少于5000字,上限不限; 5.正文为小四号宋体,1.25倍行距;图表规范,标注为五号宋体; 6.用A4纸单面打印;左侧装订,1枚钉; 7.提交打印稿及03版word电子文档,由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语: 成绩(20分):教师签名: 年月 日
工业机器人概述 机器人学是当今世界极为活跃的研究领域之一,它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多种学科。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展,机器人已经成为人类的好帮手。在航空航天,深海探测中,往往使用机器人代替人类去完成复杂的极限工作任务。 工业机器人是一个多功能、多自由度的机械和电气一体化的自动机械设备和系统,它可以在制造过程中完成各种任务。它结合制造主机或生产线,可以形成一个单一的或多台机器自动化系统,在无人参与下,实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。目前,工业机器人技术飞速发展,在生产中的应用日益广泛,已成为现代制造业重要的生产高度自动化设备。 一、工业机器人特性 自20世纪60年代美国第一代机器人的开始,工业机器人的发展和应用迅速发展起来,工业机器人的最重要的特性概括如下。 1、可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人能根据工作环境不同、做出相应规划和变化,因而在小批量多品种的高效柔性制造过程可以起到很好的作用,是柔性制造系统(FMS)的重要组成部分。 2、拟人化。工业机器人在机械结构上类似于人体行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪和部分,在控制上有计算机类似大脑。此外,智能工业机器人具有许多类似生物传的感器,如皮肤接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声传感器、语言功能等。该传感器提高了自适应能力。 3、通用性。除了专门的特种工业机器人外,一般工业机器人在执行不同任务时具有很好的通用性。例如,更换工业机器人末端执行器(夹具、工具等)可以执行不同的任务。 4、机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛,但总结起来就是是机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外界环境信息的能力,而且具有记忆、语言理解、图像识别、推理和判断等能力,这与微电子技术、特别是计算机技术的应用有着密切的关系。因此,机器人技术的发展将带动其他技术的发展,机器人技术的发展和应用也可以验证一个国家科技和工业技术的发展和水平。 二、工业机器人组成 工业机器人系统由三大部分和六个子系统组成。三大部分:机部分、传感部分、控制部分。六个子系统:驱动系统、机械结构系统、感觉系统、机器人环境交互系统、人机交互系统、控制系统。 1、驱动系统,要使机器人运行起来,就需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置,这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动,或者把它们结合起来应用的综合系统;可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动
一、填空题(共20分,每空格1分) 1.阿西莫夫“机器人三定律”是: (1)________________________________________________ (2)________________________________________________ (3)________________________________________________ 2.按机械结构坐标形式,机器人可分为: ____________________ ____________________ ____________________ ____________________ 3.完全确定一空间任意物体的位置和姿态,至少需要___________个自由度数 目。 4.手部机构设计分为哪两大类?________________。 5.机器人控制系统的组成分为哪四大部分?__________________________, _____________________,_________________,___________ 6. 一般机器人控制性能要求分为哪四大类?___________,____________,
01050401-1 _______________,___________________。 7.机器人设计的三个阶段是____________,_________________,______________________。 1. (5分)结合人的臂各关节自由度数目,描述机器人自由度的含义。 2. (5分)结合实验室FESTO系统的机器人手爪,机器人实现零件抓取和装配的轨迹如何得到?至少列举两种方法并简要说明。 3. (5分)在安装空间小,要求功率大,而又充满易燃气体的环境中,哪种电机比较 合适,为什么?
简述工业机器人的定义,说明机器人的主要特征。 答:机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置,通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。 1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官(肢体、感官等)的功能。 2.机器人具有通用性,工作种类多样,动作程序灵活易变。 3.机器人具有不同程度的智能性,如记忆、感知、推理、决策、学习等。 4.机器人具有独立性,完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。 工业机器人与数控机床有什么区别 答:1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链; 2.工业机器人一般具有多关节,数控机床一般无关节且均为直角坐标系统; 3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。 4.机器人灵活性好,数控机床灵活性差。 简述下面几个术语的含义:自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答:自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目,不包括手爪(末端执行器)的开合自由度。 重复定位精度是关于精度的统计数据,指机器人重复到达某一确定位置准确的概率,是重复同一位置的范围,可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合,也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度,可以是指自由度上最大的稳定速度,也可以定义为 手臂末端最大的合成速度(通常在技术参数中加以说明)。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 什么叫冗余自由度机器人 答:从运动学的观点看,完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 题图所示为二自由度平面关节型机器人机械手,图中L1=2L2,关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围(画图时可以设L2=3cm)。
山东大学 威海分校 机器人大作业(论 文) 设计(论文)题目PUMA560机器人运动学分析 姓名:石攀 学号:201000800532 学院:机电与信息工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 年级:2010级 指导教师:陈原
2013年06月
目录 一、简介 1.1工程背景及参数 (1) 二、PUMA 560正解 (3) 2.1 求解方法 (3) 2.2 程序实现 (4) 2.3 正解原程序 (4) 三、PUMA 560逆解 (6) 3.1 PUMA 560 逆解 (6) 3.2 求解过程 (6) 3.3 逆解原程序 (9) 3.4 程序验证 (10) 四、求解PUMA 560雅可比矩阵 (11) 4.1 雅可比矩阵简述 (11) 4.2 微分变换法求J(q) (11) 4.3 矢量积法求J(q) (12) 4.4 求解雅可比矩阵 (13) 4.5 求解程序 (14) 五、PUMA 560运动仿真 (16)
PUMA560机器人运动学分析 摘要:随着现代工业化的快速发展,机器人得到了广泛应用,有关机器人的理论也一直是研究机器人的重点内容。本文首先对机器人PUMA560 运动学基础理论进行了必要的描述,建立了D-H 参数表。之后根据D-H 参数表对PUMA 560 求正解、逆解以及雅可比矩阵。 关键词:机器人PUMA560 正解逆解雅可比 Abstract: With the rapid development of modern industrialization, the robot has been widely applied, the robot's theory also has been the research focus of the robot. This article first on PUMA560 robot kinematics basic theory into the necessary description, established the d-h parameters table. Based on d-h parameters after the table of PUMA 560 positive solutions and inverse solution and the jacobian matrix. Key words:Robot PUMA560 Positive solutions Inverse Solution Jacobi 一、简介 工程背景 工业机器人不仅应用于传统制造业如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域,同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复、酒店餐饮等服务业领域中。
机器人技术课程作业——PUMA机器人 如上图所示的PUMA机器人,要求实现右图所示的运动,求解: ①建立坐标系; ②给出D-H参数表; ③推导正运动学、逆运动学; ④编程得出工作空间。 解: ①建立坐标系 a、建立原始坐标系
b、坐标系简化 ②给出D-H参数表 a、PUMA机器人的杆件参数 d0.6604m,1 d 0.14909m, 2 d 0.43307m, 4 d 0.05625m 6 a 0.4318m,a3 0.02032m 2 b、D-H参数表 关节i i i L i d i 运动范围 1 90 0 0 0 -160 o~160o o o 2 0 -90 0 d2 0.14909m -225 ~45 3 -90 0 a2 0.4318m 0 -45 o ~225o 4 0 -90 a3 0.02032m d4 0.43307m -110 o ~170o 5 0 90 0 0 -100 o ~100o 6 0 -90 0 d6 0.05625m -266 o ~266o
③推导正运动学、逆运动学 a、正运动学推导 c s0a i i i 1 由式i1 T i s c c c s d s i i1i i1i1i i1 s s c s c d c i i1i i1i1i i1 可得:0001 c s 1100c s 22 00c s0a 332 0 T 1s c 00 11 0010 1 T 2 001 d 2 s c 22 00 2 T 3 s c 00 33 0010 000100010001 c s0a 443 c s 55 00c s 66 00 3 T 4001 d 4 s c 44 00 4 T 5 0010 s c 55 005T 6 0010 s c 66 00 000100010001 由0012345 T T T T T T T,得机械手变换矩阵: 6123456 n o a p x x x x 0 T 6n o a p y y y y n o a p z z z z 0001 n c(c c c c s s c)s c s c c c s s s c s x236541641236516541641 n c(c c c s s s s)s c s s c c s c s c c y236541641236516541641 n s(c c c s s)c c s z23654642365 o c(s c c c c s c)s s s c s c s s c c s x236541641236516541641 o c(s c c s c s s)s s s s s s c c c c c y236541641236516451641 o s(s c c s s)c c s z23654642365 a c s c c s c c s s s x235412351541 a c s c s s c s s s c y235412351541 a c c s s c z2352354
工业机器人课后作业 姓名: 班级: 学号: 2014年4月
第三章作业 1. 初始时坐标系{B}与参考系{A}重合,现将{B}先绕Z B 轴旋转θ角,然后 再绕X B 轴旋转φ角,求转动后的{B}对于{A}的旋转矩阵 解:R=Rot (z ,θ)Rot (x ,φ) c o s s i n 0100 =s i n c o s 00c o s s i n 010s i n c o s θθθθ????-???? ???- ??? ???? ??? c o s s i n c o s s i n s i =s i n c o s c o s s i n c o s 0s i n c o s θθ?θ?θθθ?θ??-?? ?- ? ??? 2.下图a 给出了摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。要求把它们重新 摆放在图b 所示位置。 (1)用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列,每个变换表示沿某个轴 平移或绕该轴旋转。在重置过程中,必须避免两楔形物体的碰撞。 解:(1)如图建立两个坐标系{}1111o x y z 、{}2222o x y z 分别固结在 两个楔形物体上,如下图 对楔块1进行的变换矩阵为: 1(,90)(,90)Rot z Rot x T =; 对楔块2进行的变换矩阵为:
2 (3,0,9)(,90)(0,5,0)(,90)(Z,180) Trans Rot Z Trans Rot X Rot T=--。由matlab可以求出 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 T ?? ? ? = ? ? ?? ; 2 0 0 -1 2 1 0 0 0 0 -1 0 9 0 0 0 1 T ?? ? ? = ? ? ?? (2)作图说明每个从右至左的变换序列。解: