《机器人技术》设计报告Word格式.docx
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自动化
班级:
自动化112
设计人:
吴昊2011073056
完成日期:
2014年11月23日
成都信息工程学院控制工程学院
一、设计目的:
掌握二、三或四自由度的工业机器人运动学分析及控制原理
了解如何使用Matlab进行工业机器人设计分析和轨迹图像绘制
了解如何使用基于Matlab的RoboticToolbox进行3D动画仿真
二、设计任务:
设计一个二、三或四自由度的工业机器人,并进行Matlab仿真
三、设计要求:
1、设计一个二、三或四自由度的工业机器人,根据齐次坐标变换能够求解出末端执行器的运动轨迹
2、在三维空间画出末端执行器的运动轨迹
3、利用RoboticToolbox绘制三维运动仿真动画
四、系统设计:
1、软硬件情况及工作原理
使用的软件是Matlab以及基于Matlab的Robotic工具箱,利用Matlab强大的矩阵运算能力,以及RoboticToolbox集成的3D图形绘制函数。
2、设计及编程思路和程序流程框图
首先确定所仿真机械臂自由度、最大转角、连杆长度等详细参数。
这里我设计的是一个三自由度机械臂:
基座为可绕基坐标Z轴360°
旋转的第一自由度,其高度为2;
第一关节为在垂直面上有120°
最大转动角的第二自由度,其连杆长度为0;
第二关节为在垂直面上有180°
最大转动角的第三自由度,其连杆长度为
;
手爪固定长度为
,无自由度。
根据所选定参数,列出四阶其次矩阵,分别为:
考虑到需要存放若干点坐标,我决定使用一个3x1000的二维数组,并用for循环代码,循环计算每次角度变换之后的点变换坐标分别存放在数组当中。
计算完成之后,再用plot3函数,讲二维数组中存放的所有坐标点提取并在3D坐标系中描出对应坐标点,完成任务要求。
如图就是本设计所得机械手大致结构图,是使用Robotic工具箱进行3D仿真所得。
3、记录调试中的技术问题、记录现象分析原因和解决方法及效果
调试中遇到的问题有很多,首先如何存放和计算轨迹点坐标就是一个问题,后来解决方法就是使用for循环配合一个二阶数组。
然后在算法调试过程中,遇到最多的问题就是图像和理想中差别较大,比如理想中应该呈内螺旋型轨迹,实际是一个正圆形。
问题出在最后一节自由度的手爪长度没有纳入齐次变换矩阵,导致最后一节自由度即使旋转,也无法改变顶点坐标的位置。
解决方法是最后加入一个只进行位置变换的齐次变换矩阵T4。
还有一些细微的问题,主要是因为齐次变换矩阵描述不正确,解决办法就是修改变换矩阵。
4、实验结果及结果分析
当第一自由度转动,第二、第三自由度固定,轨迹图如下(3D视角、俯视、主视)
当第二自由度转动,第一、第三自由度固定,轨迹图如下(3D视角、俯视、主视)
当第二、第三自由度转动,第一自由度固定,轨迹图如下(3D视角、俯视、主视)
当三自由度都转动时,轨迹图如下(3D视角、俯视、主视)
三自由度联动3D仿真动画截图如下
5、实验源程序清单
1)手爪轨迹坐标绘制程序(其中第9、10、11行代码为可修改部分,作用是修改各个自由度的变换角度)
2)RoboticToolbox下的3D动画仿真程序
五、设计过程评估与改进:
个人心得体会、改进的意见和建议。
通过这次实习,让我更深入的了解Matlab的用处,认识到Matlab这款软件在工业设计、硬件仿真上的强大功能。
在现在这样的信息社会,合理利用现有的这些仿真软件,可以很好的帮助我们理解当前学习的学科知识,通过亲自动手,加深理解的同时还锻炼自己程序编写的逻辑思考能力。
出现问题和错误,自己能够想办法查阅资料解决问题。
对于仿真出和自己预想一样的结果更是让我欣喜若狂,也提高自己对于学好这门学科的积极性和自信心。
而对Robotic工具箱的自学更让我意识到英语能力和自学能力的重要性,现有大量若干资料文献大多都是英文文档,只要能啃下这块骨头,对现代工程学科的学习也能很大的帮助。