下载文档原格式
基于四元数的6R串联机器人运动学逆解应用陈爱;冯桑;何春;陆晓【摘要】针对6R串联机器人运动学求解计算量大、传统方法求解困难以及涉及多解和奇异性等问题，在普吕克坐标系（Plücker Coordinate）下描述了刚体运动，建立刚体运动的四元数数学模型，进一步建立了6R串联机器人运动学几何数学模型，从而可以方便的求得6R串联机器人8组运动学逆解。
最后，以一种串联机器人为例，利用Matlab/Simulink模型进行算法计算，最后用Matlab/robot toolbox进行结果验证。
与传统方法相比，采用该方法求解串联机器人运动学，计算简洁、精度高、具有普遍通用性，有利于改善计算机控制的实时性。
%For the calculating of 6R series robot kinematics is an arduous task , it is hard to deal with the multiple solutions and the singularity problem in the way of traditional method to calculating of 6R series robot kinematics , this paper describes the rigid body motion in Plücker coordinate,establishes the rigid body motion of the mathematical model based on quaternions , further establishes 6R serial robot kinematics geometry mathematical model, which can be easily to solve the 6R serial robot inverse kinematics and get the 8 group’s conclusions . By the presented method, the inverse kinematics of a serial mechanism is given as an example. The results show that compared with traditional methods, the method is simple, high accuracy, of universal used, will do work to improve the real-time computer control.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】6页(P5-10)【关键词】四元数;算法;普吕克坐标系;串联机器人;运动学逆解【作者】陈爱;冯桑;何春;陆晓【作者单位】广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TP2410 前言空间6R机械手的运动学逆解是空间机构学中最难的问题之一，曾被Freudenstein喻为机构运动学中的“珠穆朗玛峰”[1]。
108机械设计与制造Machinery Design&Manufacture9 ]2018 9 6R机器人工具端的运动学建模及仿真廖伟东，李锻能，王强，廖姣(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：工业机器人实现加工作业时，工具端沿加工轨迹运动，且要满足加工的位姿要求。
为了控制机器人末端工具工作点相对于工件的轨迹和位姿，建立面向工具坐标系的机器人运动学模型对机器人离线编程有重要意义。
通过将工具坐标系与机器人连杆坐标系分离，研究针对工具坐标系的机器人运动学正、逆解。
提出一种余弦定理结合圆心角定律的机器人空间三点圆?瓜轨迹规划方法，通过调用OpenGL图形库，进行机器人空间圆?瓜轨迹运动仿真，验证了算法的正确性，为本研究条件下机器人离线编程打下理论基础。
关键词%工具坐标系;六关节机器人;轨迹规划;运动学中图分类号:TH16 文献标识码:A文章编号：1001-3997(2018)09-0108-04The Kinematics Modeling and Simulation of 6R Robot with Tool FrameLIAO Wei-dong, LI Duan-neng, WANG Qiang, LIAO Jiao(Guangdong University of Technology Mechanical and Electrical Engineering College,Guangdong Guangzhou510006, China)Abstract：$hile industrial robots achieve machining j obs,it must mee t s the processing requiremen t s of the position andorien t a t ion .In order to seek solutions to the tool coordina t e system for controlling the position and posture of tool frame towards work steady in the robot off—line programming:Separating the tool coordinate system from the robot connecting rod coordinate system,so that obtained the robot forward kinematics and inverse kinematics solution.Explored a method ofthree-point circular arc interpolation of robot space base on law of cosines .Taking advantage of OpenGL graphics library to achieverobot space circular arc interpolation motion simulation,which verify the accuracy of the a l gori t hm and lay the foundation forrobot off-line programming under the involved conditions.Key Words：Tool Coordinate System；6R Robots；Trajectory Planning；Kinematics Modelingl引言打磨、焊接机器人需要在末端装夹磨具、焊枪等工具，而且 工具工作点通常与机器人前一连杆坐标系存在沿！、"、#轴方向 的偏置。
学习使用计算机辅助机器人设计工具在当今数字化时代，计算机辅助机器人设计工具已成为许多领域的重要工具。
学习使用这些工具可以大大提高机器人设计的效率和精确度。
本文将介绍学习使用计算机辅助机器人设计工具的重要性、常用的工具以及学习的方法和技巧。
一、学习使用计算机辅助机器人设计工具的重要性计算机辅助机器人设计工具能够帮助工程师快速绘制、模拟和分析机器人的各个部分，从而有效提高机器人设计的效率和准确性。
使用这些工具可以避免人为设计错误和繁琐的手工计算，节省时间和精力。
因此，学习使用这些工具对于机器人设计师来说至关重要。
二、常用的计算机辅助机器人设计工具1. SolidWorks：SolidWorks是一款功能强大的三维机械设计软件，广泛应用于机器人设计领域。
它具有直观的用户界面和丰富的设计工具，可用于绘制机器人的三维模型，并进行运动分析和碰撞检测等操作。
2. AutoCAD：AutoCAD是一款专业的二维绘图软件，也可用于机器人设计。
它支持多种图形绘制和编辑操作，可以轻松绘制机器人的平面图和零件图纸。
3. MATLAB：MATLAB是一种高级数学计算软件，广泛应用于机器人控制系统的建模和仿真。
它提供了丰富的工具箱和函数，可用于分析机器人运动、控制和图像处理等方面。
4. ROS（机器人操作系统）：ROS是一种开源的机器人软件平台，提供了各种机器人相关的工具和库。
它支持机器人的感知、导航、运动控制等功能，可以帮助工程师快速搭建和调试机器人系统。
三、学习使用计算机辅助机器人设计工具的方法和技巧1. 学习基础知识：在开始学习使用计算机辅助机器人设计工具之前，需要掌握一些基础知识，如机械设计原理、数学和物理知识等。
这些知识将有助于理解和应用工具中的各种功能。
2. 官方文档和教程：每个工具都有详细的官方文档和教程，可以从中学习各种功能和操作方法。
阅读官方文档和跟随教程进行实践是学习的重要一步。
3. 练习实践：通过练习实践，将所学的知识应用到实际的机器人设计中，从而更好地掌握和理解工具的使用。
六自由度机器人结构设计六自由度机器人是一种具有六个独立自由度的机器人系统，允许其在六个不同的方向上进行平移和旋转运动。
这种机器人系统被广泛应用于工业自动化、医疗、航天航空等领域。
在设计六自由度机器人结构时，需要考虑机器人的运动灵活性、精度和稳定性等因素。
本文将探讨六自由度机器人的结构设计。
1.机械结构设计六自由度机器人的机械结构设计是其最基本的设计要素之一、一般而言，六自由度机器人由底座、连接杆、关节和末端执行器等部分组成。
在设计机械结构时，需要考虑机器人的工作空间要求、重量和刚度等因素。
一种常见的结构设计是将机器人分为两个连杆外部结构和四个内部关节连杆结构，以实现较高的精度和稳定性。
2.关节传动系统设计关节传动系统是六自由度机器人结构中的核心组成部分。
六自由度机器人通常使用直流电动机或步进电动机作为驱动器。
在选择驱动器时，需要考虑其扭矩、精度和响应速度等因素。
同时，传动系统也需要选择合适的减速器、链条或齿轮传动等机械传动装置来实现关节的运动。
3.传感器系统设计传感器系统是六自由度机器人结构中的关键部分，用于实现机器人对外部环境和自身状态的感知。
常用的传感器包括编码器、力/力矩传感器、视觉传感器等。
编码器可用于测量关节的位置和速度，力/力矩传感器用于感知机器人对外部环境的力或力矩作用，视觉传感器用于感知机器人周围的物体和环境。
传感器系统设计需要考虑传感器的精度、可靠性和与其他系统的配合等因素。
4.控制系统设计控制系统设计是六自由度机器人的关键环节，用于实现机器人的运动控制和路径规划。
控制系统通常采用计算机或嵌入式系统来实现。
在控制系统设计时，需要考虑机器人的动力学和运动学模型，以及相应的控制算法和控制器设计。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
5.安全系统设计安全系统设计是六自由度机器人结构设计的重要组成部分，用于保证机器人的运行安全。
安全系统设计包括安全门、急停按钮、碰撞检测装置等。
湖南科技大学毕业设计（论文）题目六自由度工业机器人结构设计作者学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二〇一六年五月二十日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书机电工程学院院机械设计制造及其自动化系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:学号:专业:机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题：六自由度工业机器人结构设计2学生设计（论文）时间：自2015年3月1日开始至2015年5月29日止3设计（论文）所用资源和参考资料：《工业机器人》、《机器人学》、《机器人运动学基础》、《Solidworks2013从入门到精通》4设计（论文）应完成的主要内容：（1）介绍工业机器人的发展现状及前景；（2）工业机器人工作空间计算和简单的运动学分析；（3）工业机器人结构设计及关键零部件计算；（4）对关键零部件进行强度校核。
5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）相关的计算、设计框图及仿真图；（2）论文不少于35页；（3）说明书中必须有与设计（论文）内容或专业相关的不少于1500字的外文资料翻译。
6发题时间：2015年3月1日指导教师：学生：湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要六自由度工业机器人是一种高精度的自动化机械，具有高度的灵活性以及平稳性。
