《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。