机器人测控技术大作业

目录1 问题的描述 (1)2 问题解答 (2)2.0前言 (2)2.1分析自由度 (2)2.2-2.3位置反解与正解 (3)2.4奇异位形 (4)2.5工作空间 (6)2.6雅克比 (7)2.7力雅克比 (7)2.8柔度矩阵 (8)2.9机械图（3D） (8)2.10控制系统框图 (8)1 问题的描述如图1所示为并联机构简图，根据描述，求解一下各个问题。

图1 并联机构简图1.1自由度分析1.2位置反解1.3位置正解1.4奇异位形1.5工作空间1.6雅可比1.7力雅可比1.8柔度矩阵1.9机械图（3D）1.10控制系统框图（不写出具体参数，用字母代替就可以）单关节控制2 问题解答2.0前言并联机器人的结构中包含了一个或几个闭环，它是由一个或几个闭环组成的关节点坐标相互并联的机器人。

与传统的串联机器人相比，并联机器人刚度高、各向同性好、精度高，而且运动学反解求解简单，因此得到了广泛应用。

现对此机构进行运动学分析。

已有的二自由度并联机构多数为平面机构，这些机构都是使用移动副与转动副的组合，如将驱动装置固定在定平台，共有6种可能的机构构型，很多学者对其进行了研究与设计，其输出是机构上一点在一个平面上的移动。

在工程应用中，往往需要在平面内定位一个刚体，这就要求机构的输出是一个刚体的二维平动，高峰教授提出了平面二自由度并联机器人机构。

2.1分析自由度分析此机构的自由度，我们将并联机构图简化成图2所示简图进行分析。

图2 并联机构简图根据著名的G -K 公式，得如下自由度的计算公式：()∑=+--=ji i f j n F 11λ （1） 其中：λ——位形空间的维数；n——构件个数，含机架；j——运动副的个数；f i ——第i 个运动副的自由度数。

现在空间为平面，所以λ=3。

故：F =3(5−5−1)+5=2所以上述的并联机构的自由度为2，若该机构需要确定的运动，就需要两个原动构件。

2.2-2.3位置反解与正解图3所示为二自由度并联平面机构简图，其中1为固定平台，2为转动副，3为连杆，4为运动平台，5为滑块。

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：***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 tq t ππ=⎧⎨=⎩，并利用Matlab 中给出仿真结果。

解：Y 0X 0X 1Y 1X 2Y2①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)=1000010000110011θθθθc s s c -1000010000101l 001 = 100001001101111011θθθθθθs L c s c L s c -同理可得：M 12=Rot(z,θ2)·Trans(l 2,0,0)=100001002202222022θθθθθθs L c s c L s c -M 23（h ）=Rot(z,θ3)·Trans(l 3,0,0)=100001003303333033θθθθθθs L c s c L s c -④建立方程。

将相邻杆件位置矩阵依次相乘，得：M 0h =M 01·M 12·M 23(h)=1000010012331221101231231233122110123123θθθθθθθθθθc l s l s l c s c l c l c l s c ++++-结果中一些字母的含义如下：C θ123=cos(θ1+θ2+θ3) s θ123=sin(θ1+θ2+θ3) c θ12=cos(θ1+θ2) s θ12=sin(θ1+θ2)（2）二连杆机械臂的动能和势能:21111111111111,,,cos 2K m v v d P m gh h d θθ====-22111111111,cos 2K m d P m gd θθ==-2222221,2K m v P mgy ==()()222222211212211212sin sin cos cos v x y x d d y d d θθθθθθ=+=++=--+()()()222222211221221221122211221211cos 22cos cos K m d m d m d d P m gd m gd θθθθθθθθθθ⎧=++++⎪=>⎨⎪=--+⎩21K K K +=2222121122122212211211()()22cos ()m m d m d m d d θθθθθθθ=+++++其中：连杆1的动能K 1 和势能 P 1:连杆2的动能K 2 和势能 P 2 : 总动能和总势能:21P P P +=)cos(cos )(21221121θθθ+-+-=gd m gd m m二连杆机械臂的拉格朗日函数L:P K L -=)2(21)(21222121222212121θθθθθ ++++=d m d m m)cos(cos )()(cos 2122112121212212θθθθθθθ++++++gd m gd m m d d m n i q Lq L dt d ii i ,2,1,=∂∂-∂∂=F动力学方程:111d L L T dt θθ∂∂=-∂∂ 222d L L T dt θθ∂∂=-∂∂矩阵形式orm:⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2112212212121211122221222211122111212221121121D D D D D D D D D D D D D D T T θθθθθθθθ (3)自适应PD 跟踪轨迹的simulink 模型① S-Function 的s 函数如下：② S-Function1的t函数如下：图1 PD自适应关节1的跟踪输出和给定信号图2 PD自适应关节2的跟踪输出和给定信号上面的是关节1和关节2的跟踪输出和相对应的给定信号。

测控技术概论（大作业）学期：2012-2013-1学期学院：光电工程学院专业：测控技术与仪器班级：100102班姓名：李言学号：100102122提交日期：2012年11月以下提纲供参考（蓝色文字，请删除），一级标题（如题目、摘要、引言、参考文献等）为小四号、宋体，其他文字为五号、宋体。

行间距为1.5倍。

如文中有图、表，则图题在图的下面，表头在表格的上面。

参考文献符合撰写规范、且在综述中要引用。

综述内容是讲清所写主题的基本概念、基本原理、国内外研究状况或应用情况、发展趋势，切记不是具体的专题设计，是在查找资料的基础上，经过自己提炼、总结、浓缩的作品）题目：纳米传感器一、综述（至少1000字）摘要：（至少100字）关键词：（3-5个）1 引言2 ……3 ……4 ……5 参考文献（至少5篇）[1][2][3][4][5]二、课后体会没上老师开设的测控技术概论前，自己曾设想过多次课程的内容。

测控概论，顾名思义，是关于测控技术与仪器这个专业的概述，分析。

这个专业很宽泛，凡是与测量控制，仪器仪表有关的都会用到吧！很杂，就像我们学的东西一样，多且杂。

经过五节课的洗礼，对本专业在原有基础上有了进一步了解，对于将来就业方向和就业前景有了一定的指导作用，也是我了解到测控的基本概念。

测控仪器系统大致可分为三类。

第一类，单纯以测试或检测为目的的测试仪器或系统；第二类，单纯以控制为目的的控制系统；第三类，测控一体的测控系统。

当然在现实生活中，第三类占了绝大部分。

一个系统能否正常安全的运行，测试与控制无疑起到了举足轻重的作用，倘若没有很好的测控系统，那么一切的设想都是空谈，可以说没有测控系统的正常运行就不能使其他设备更好的发挥其效用。

无论怎么样复杂或是简单的系统，测控系统都无疑是重要环节。

测控就像我们人体的免疫警告系统，一旦发现异常就会随时发出警报并做出相应的补救措施。

其重要性可见一斑。

三、奇思妙想（至少300字，根据所学测控专业知识，阐述自己的一个奇思妙想，甚至是异想天开的想法，要具有独特性、创新性，并较详细地有条理地表达出来。

机器人测控技术基础与实战机器人测控技术基础与实战导语：随着科技的不断发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域，而机器人测控技术就是机器人技术中至关重要的一环。

本文将介绍机器人测控技术的基础知识以及实战应用。

一、机器人测控技术的基础知识1. 传感器技术：传感器是机器人测控技术的核心，它能够将机器人与环境进行有效地交互。

常见的传感器包括摄像头、激光雷达、力传感器等，它们能够获取环境信息并传输给机器人控制系统。

2. 控制算法：机器人的控制算法是实现其运动和操作的关键。

常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，它们能够根据传感器获取的信息进行决策和调整，以实现机器人的精准控制。

3. 数据融合技术：机器人测控技术需要将多个传感器获取的数据进行集成和融合，以提高测量的准确性和可靠性。

数据融合技术可以通过滤波、卡尔曼滤波等方法，将不同传感器的数据进行整合，得到更可靠的测量结果。

4. 通信技术：机器人需要与外部设备进行通信，以获取控制指令或将测量结果传输给上位机。

通信技术包括有线和无线两种方式，可以通过串口、以太网、无线网络等进行传输。

二、机器人测控技术的实战应用1. 工业领域：机器人在工业生产中广泛应用，测控技术可以实现对机器人在生产线上的位置、速度、力量等参数进行测量和控制，保证生产过程的稳定性和精度。

2. 医疗领域：机器人在医疗领域的应用日益增多，测控技术可以实现对手术机器人的精确控制，提高手术的安全性和成功率。

3. 农业领域：机器人在农业生产中的应用也越来越多，测控技术可以实现对农业机器人的定位、运动轨迹等进行测量和控制，提高农作物的生产效率和质量。

4. 空间探索：机器人在空间探索中的应用广泛，测控技术可以实现对机器人在太空中的位置、姿态等进行测量和控制，保证任务的顺利完成。

结语：机器人测控技术是机器人技术中至关重要的一环，它能够实现机器人与环境的有效交互，并提供准确的测量结果。

随着科技的不断进步，机器人测控技术将在各个领域发挥更加重要的作用。

测控大作业课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能掌握测控技术的基本概念，理解测控系统的工作原理；2. 学生能了解测控系统中的传感器、执行器等关键部件的原理及应用；3. 学生能运用所学知识，分析并解决实际测控过程中的问题。

技能目标：1. 学生能运用测控设备进行数据采集、处理和分析；2. 学生能设计简单的测控系统，并进行仿真与调试；3. 学生能通过小组合作，完成一个具有实际应用价值的测控大作业。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对测控技术及工程应用的兴趣，激发创新意识；2. 学生形成严谨的科学态度，提高实践操作能力和问题解决能力；3. 学生在小组合作中培养团队协作精神，增强沟通与交流能力。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重理论知识与实际应用相结合，通过测控大作业的形式，培养学生动手操作和解决问题的能力。

学生特点：学生具备一定的测控基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但实际操作经验不足。

教学要求：教师需结合学生特点，注重理论与实践相结合，引导学生进行探究式学习，提高学生的实践能力和创新能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，提供有针对性的指导。

通过课程目标的分解和实施，确保学生能够达到预期的学习成果。

二、教学内容1. 测控系统基本原理：包括测控系统的定义、分类及发展，测控系统的基本组成和工作原理，重点讲解传感器、执行器、数据采集与处理等关键环节。

教材章节：第一章 测控系统概述2. 传感器及其应用：介绍各种传感器的原理、特性及在实际中的应用，如温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

教材章节：第二章 传感器及其应用3. 数据采集与处理：讲解数据采集系统的组成、工作原理，数据预处理、数字滤波、特征值提取等数据处理方法。

教材章节：第三章 数据采集与处理4. 测控系统设计：分析测控系统设计的方法和步骤，结合实际案例进行讲解，引导学生掌握系统设计的基本技能。

教材章节：第四章 测控系统设计5. 测控大作业实践：安排学生进行小组合作，完成一个具有实际应用价值的测控大作业。

《检测机器人》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握检测机器人的基本操作，包括了解机器人结构、熟悉检测工具、掌握基本检测方法等。

通过实践操作，培养学生的动手能力和观察能力，增强学生对信息技术的兴趣。

二、作业内容1. 了解机器人结构：学生需要观察并描述机器人的外观结构，包括颜色、材质、功能部件等。

2. 工具熟悉：学生需要熟悉检测机器人所需的工具，如螺丝刀、扳手、刷子等，并了解这些工具的使用方法。

3. 基本检测方法：学生需要在教师的指导下，根据机器人故障检测指南，对机器人进行基本检测，如检查线路连接、测试功能部件等。

4. 小组协作：学生将以小组形式进行作业，每组3-4人，共同完成对机器人的检测任务。

小组内应分工明确，确保每个人都能得到锻炼和提高。

三、作业要求1. 按时完成：学生应按照课程安排，按时完成作业，确保能够充分掌握检测机器人的基本操作。

2. 认真操作：学生应认真观察、动手实践，确保对机器人结构和检测方法有深入的理解和掌握。

3. 记录反馈：学生需在操作过程中记录遇到的问题和解决方法，以便于教师了解学生的学习情况，及时调整教学策略。

4. 遵守纪律：学生在操作过程中应遵守课堂纪律，尊重教师和其他同学，确保课堂秩序和安全。

四、作业评价1. 成果展示：学生完成作业后，将作业成果（如照片、视频等）展示在班级展示区，供大家互相学习和交流。

2. 评价标准：评价标准包括学生对机器人结构的描述是否准确、工具使用是否得当、检测方法是否正确、小组协作是否有效等。

3. 反馈改进：根据评价结果，教师将为学生提供反馈和建议，帮助学生改进操作技能和团队协作能力。

同时，教师也将根据作业情况调整教学策略，以更好地满足学生的学习需求。

五、作业反馈学生应积极向教师反馈在作业过程中遇到的问题和困难，以便教师能够及时了解学生的学习情况，调整教学策略，帮助学生更好地完成学习任务。

同时，学生也应积极分享自己的作业成果，与其他同学交流学习，共同提高。

《机器人技术基础》大作业题目：班级：姓名：成绩：一、机器人功能描述（200字）具有供人观赏，娱乐为目的，具有机器人的外部特征，也可以像人，像某种动物等。

同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力，可以自主的连续表演事先编好的多套动作。

二、机器人系统的功能构成（框图+文字说明）驱动：电动传动机械结构系统：感受系统：智能传感器基本思路：通过对人类动作的深入了解，分析人类的动作特性，并且与控制对象跳舞机器人的工作原理、动作过程进行比较，从而确定机器人的基本构成并选择合适的机械构件，组装完成机器人的造型。

分析机器人动作的局限性与优势，设定机器人的舞蹈动作，按动作编写程序，完成作品设计。

跳舞机器人的结构完全模仿真人，并实现了双腿分立走路，双臂有很强的自由度，可以完成多种高难度动作。

机器人的双脚为轮式结构，这样不仅可以实现转身和滑步，更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，从而减少了机器人的倾斜度，实现了类似真人的走路及跳舞模式。

舞蹈机器人的控制方式是将uC/OS-Ⅱ操作系统嵌入Atmega128处理器中,采用PID算法,对电机、舵机进行实时可靠的控制，进而对机器人主动轮的速度、方向进行有效的控制，使机器人的动作定位更加准确，动作过程更加优美协调。

机器人的双脚为轮式结构，此结构可以很完美地实现转身和滑步。

更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，同时也克服了塑料构件机械强度不够高的局限性。

跳舞机器人完全实现了智能化运行，可以用相应软件通过编程实现对舵机的控制，做出各种不同的动作，带给人们另类娱乐。

它可以走进各种不同的场合，如：在学校用于科技教育学习；在家庭用于提供丰富的生活享受；用于社会可以增加更多的新型娱乐项目等。

随着社会对服务业的需求不断扩大，可以代替人的机器人将会有更广阔的前景从近几年世界范围内推出的机器人产品来看，机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展。

其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的的开放化；PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化。

《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机械设计制造及其自动化业报告提交日期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)机器人得机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)；2) 机器人得运动学及动力学分析;3) 机器人得控制及轨迹规划;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,拒绝雷同与抄袭;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就是当今世界极为活跃得研究领域之一,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、人工智能与光机电一体化技术得迅速发展,机器人已经成为人类得好帮手。

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得极限工作任务。

工业机器人就是一个多功能、多自由度得机械与电气一体化得自动机械设备与系统,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，可以形成一个单一得或多台机器自动化系统,在无人参与下,实现搬运、焊接、装配与喷涂等多种生产作业。

目前,工业机器人技术飞速发展，在生产中得应用日益广泛,已成为现代制造业重要得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得开始,工业机器人得发展与应用迅速发展起来,工业机器人得最重要得特性概括如下。

1、可编程。

生产自动化得进一步发展就是柔性自动化。

机器⼈技术⼤作业机器⼈技术⼤作业-标准化⽂件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII《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：教师签名：成绩（20分）：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。

重庆科技学院电气与信息工程学院《测控专业概论》大作业专业班级：测控学生姓名：学生学号：授课老师：教师评语：成绩：评阅教师：目录光纤传感技术及其应用 (I)摘要 (I)1．引言 (2)2. 光纤传感主要分类及其特点 (2)3 光纤传感器目前在各领域的主要应用 (2)4 光纤传感技术在国内的发展情况 (3)5.光纤传感器的发展前景 (3)参考文献 (4)课后体会 (5)奇思妙想 (6)换位思考 (7)光纤传感技术及其应用学生姓名：刘后勇摘要随着现代测量技术的发展,近二十年来光纤传感器越来越受到人们的重视。

与传统的电类传感器相比,光纤传感器具有不受电磁干扰、适用范围广、分辨率高、易复用、体积小、重量轻等显著优点。

所以光纤传感器技术及其发展受到了人们的广泛关注。

本文主要从以下几个方面入手简略的介绍光纤传感器技术及其应用。

首先介绍了光纤传感技术在国内外的发展情况;然后介绍了光纤传感技术,包括分类和特点;介绍了光纤传感器目前在各领域的主要应用;最后介绍光纤传感器的发展前景。

关键词：光纤传感器，光纤传感器技术，光纤传感器的应用1．引言光纤传感器具有很多的优点，如：不受电磁干扰、适用范围广、分辨率高、易复用、体积小、重量轻等显著优点。

光纤传感器的分类及其应用领域也十分广泛，从分类的角度来看大致可以分为三大类，光纤光栅传感器、阵列复用传感系统、分布式光纤传感系统；从应用领域来看，他可以应用在，电力、医疗、建工等多个领域。

虽然，如此它的研究还不是特别成熟，在从实验室走向工厂的路上还有很多没有解决的问题没有解决，还有待问我们新一代大学生去解决他们。

2. 光纤传感主要分类及其特点2.1光纤光栅传感器光纤光栅传感器是目前国内研究的热点之一。

FBG传感器具有灵敏度高，易构成分布式结构，在一根光纤内可实现多点测量。

满足“智能结构”对传感器的要求，可对大型构件进行实时安全监测；也可以代替其他类型结构的光纤传感器，用于化学、压力和加速度传感中。

KUKA KR40PA码垛机器人运动学仿真目录摘要 (3)1 引言 (4)1.1机器人发展 (4)1.1.1 发展 (4)1.1.2 现状 (5)2 KUKA机器人综述 (6)2.1 公司简介 (6)2.2 产品 (6)3 机器人理论基础 (7)3.1.求正运动学公式 (7)3.2运动学逆解 (8)3.3 静力分析 (9)4机器人建模 (10)4.1问题描述 (10)4.2模型描述 (10)5 仿真 (11)5.1 轨迹规划 (11)5.2特征曲线 (13)5.2.1 位移曲线 (13)5.2.2 速度曲线 (14)5.2.3 加速度曲线 (16)总结 (17)参考文献 (18)摘要本次作业主要针对KUKA KR40PA码垛机器人进行运动学仿真，根据已知的条件和需要以KUKA机器人为研究对象，对KUKA机器人进行运动学仿真，通过讨论该机器人的运动学问题，然后在matlab环境下，用simmechanics工具箱对该机器人的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行了仿真, 通过仿真，观察到了机器人各个关节的运动，并得到了所需的数据，从而能够达到预定的目标.关键字：KUKA KR40PA码垛机器人运动学仿真 matlab1 引言1.1机器人发展1.1.1 发展虽然机器人已经历了30 多个春秋, 繁衍了三代, 是一个拥有几十万台机器人的大家族, 可是至今还没有统一的定义。

什么叫做机器人? 在世界范围内, 对于什么是机器人, 以及什么不属护机器人, 在看法上存在着很大的差差别。

为此在第18 届ISIR (国际机器人学术讨论会)期间, 专门成立了一个工作小组, 它的任务是制定机器人分类的标准, 并确定机器人数量的原则。

总之,不管机器人的定义如何, 现在的工业机器人已从原来概念的“纲领工人”或“通用自动机”逐步演进为从事专门任务的柔性机械。

进入80年代以后, 机器人的发展十分迅速。

198 0年, 全世界工业机器人仅有1万多台,可是到1984 年,除了中国、前苏联和东欧国家之外,全世界已有工业机器人102444 台, 其中以日本为最多, 高达4.4万台, 其次是美国,共有1.3万台, 以下依次是: 德国6600台、法国3380台、瑞典2400台。

《检测机器人》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在让学生掌握如何使用机器人控制器对机器人进行基本的性能检测，以达到对机器人原理和应用有更深入的理解和掌握。

二、作业内容1. 学生应按照作业指导书上的步骤，对机器人控制器和机器人进行初步检查，确保所有设备正常工作。

2. 尝试对机器人进行基本的操作，如前进、后退、转弯等，并对操作结果进行记录。

3. 使用机器人控制器上的相关工具对机器人进行故障检测和排查，并将操作过程和结果记录下来。

4. 根据操作过程中的问题，提出解决方案，并在指导书的指导下进行尝试和实施。

三、作业要求1. 学生需独立完成作业，不得抄袭。

2. 作业过程中遇到问题，可参考作业指导书或与同学讨论解决，如仍无法解决，可向老师咨询。

3. 作业完成后，需提交一份完整的作业报告，包括操作过程、结果和问题解决方案等。

4. 作业报告应清晰、准确，字数不少于XX字。

四、作业评价1. 评价标准：作业完成质量、提交时间、问题解决能力等。

2. 评价方式：老师评价和学生互评相结合。

3. 评价结果：对于优秀作业，将给予一定的奖励，并在班级内进行展示。

五、作业反馈1. 学生应认真对待作业，积极寻求帮助，按时提交作业报告。

2. 老师将对作业进行批改，并及时将评价结果反馈给学生。

对于存在的问题，老师将给予指导和建议。

3. 学生应根据老师的反馈，认真反思自己的作业完成情况，并在后续的课程中加以改进。

在《检测机器人》的第一课时中，我们介绍了机器人的基本原理和应用，让学生对机器人有了初步的了解。

通过本次作业，我们将进一步加深学生对机器人的理解，并培养他们的实践能力和问题解决能力。

具体来说，本次作业的内容包括了对机器人控制器和机器人的初步检查、基本的操作以及故障检测和排查。

通过这些操作，学生将能够熟悉机器人的操作方法，并掌握如何使用控制器进行故障诊断。

同时，学生在解决问题的过程中，将能够培养自己的创新能力和团队合作精神。

一、简答题
1．什么是机器人的内部传感器和外部传感器？举例说明之。

2. 按机器人的开发内容与应用进行分类，机器人应分为那几类？分别举例说明之。

3．齐次向量是怎样定义的？试举例说明之。

二、计算题
1．一个两关节机器人，关节1、2的齐次变换矩阵分别为A1和A2，试求该机器人的坐标变换矩阵。

2．已知R 为旋转矩阵，b 为平移向量，试写出相应的齐次矩阵。

三. 设计题：
1、MSO —CP －020型垂直六关节机器人的坐标结构简图如图1所示，其各连杆的D －H 参数和关节变量列于表1，（1）写出连杆D-H 参数及关节变量；（2）求出各连杆坐标系间变换矩阵A i ；（3）并写出机器人运动学方程。

111
11c 0s 0s 0c 001000
00
1θθθθ-⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦A 2
2
222
2c 0s 0s 0c 00100
00
1d θθθθ⎡⎤
⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦
A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=010100001R ⎥⎥
⎥⎦⎤
⎢⎢⎢⎣⎡--=523b
图1：垂直六关节机器人的坐标结构简图表1：连杆D-H参数及关节变量。

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3. 正运动学推导 3.1变换矩阵求取cisi cis i S i he cc i c ic i S i l i SA Rot(Z/, J Trans(0,0,d i ) Trans(l i ,0,0) Rot(x, i )=0 s i 1 ci 1d 0 01列各D-H c1 变换矩阵如下：s2 0 a 2c2 c3 0 s3 a 3c3 0 S1 0 c2s1 0 c10 1s2c2 0 a 2s22s3 0 c3a 3s3A 1A 2Ac0 1 0 00 0 1 d 2 0 1 00 00 0110 0 01 c40 s4 0c5 0 s5 0c6 - •s6 0 0 3s4 0c44s5 0c5 05s6 c6 00 AAA0 1 0 d 40 1 0 00 0 1 d 6 010 00 11注：为书与方面，本文中ci cos i ,si sini又由 0T 6 0几1A 1 2A A 3*4几5A A , 利用 Matlab 进行符号 '运算， ,运行程序PUMAzhe ngyu ndo ngxue (程序详见附录)得:其中 nx - 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))ny s6*(c1*c4 - s4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)) - c6*(s5*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2)- c5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)))nz s4*s6*(c2*s3 + c3*s2) - c6*(s5*(c2*c3 - s2*s3) + c4*c5*(c2*s3 + c3*s2))sx s6*(s5*(c1*c2*s3 + c1*c3*s2) + c5*(s1*s4 - c4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3)))nx sx ax px ny sy ay py nz sz az pz 01T 6- c6*(c4*s1 + s4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3))sy s6*(s5*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2) - c5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3))) + c6*(c1*c4 - s4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3))sz s6*(s5*(c2*c3 - s2*s3) + c4*c5*(c2*s3 + c3*s2)) + c6*s4*(c2*s3 + c3*s2)ax c5*(c1*c2*s3 + c1*c3*s2) - s5*(s1*s4 - c4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3)) ay c5*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2) + s5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)) az c5*(c2*c3 - s2*s3) - c4*s5*(c2*s3 + c3*s2)px - d2*s1+d4*(c1*c2*s3 + c1*c3*s2) 6-*sd5*(s1*s4 - c4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3)) + a2*c1*c2 + c5*d6*(c1*c2*s3 + c1*c3*s23)*c+1a*s2*s3 -3a*c1*c2*c3py c1*d2 + d4*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2) +6*sd5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)) + a2*c2*s1 + c5*6d*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2)3+*sa1*s2*s3 -3a*c2*c3*s1pz d4*(c2*c3 - s2*s3) -2 *as2 + d6*(c5*(c2*c3 - s2*s3) - c4*s5*(c2*s3 + c3*s2)) + 3a*c2*s3 +a3*c3*s23.2 变换矩阵验证3.2.1 初步验证根据DH参数表中鮎的初始值，将其带入^6后得到末端执行器的坐标为px= -d 2py=a 2+d 4+d 6pz=a 3与初始设定一致，因此初步判断变换矩阵正确。

机器人技术大作业：PUMA机器人作业要求：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；1.建立坐标系由坐标系的建立规则：Oi：设在Li与Ai+1轴线的交点上；Zi轴：与Ai+1关节轴重合，指向任意；Xi轴：与公法线Li重合，指向沿Li由Ai轴线指向Ai+1轴线；Yi轴：按右手定则确定；可以建立PUMA机器人各关节坐标系如下：图1 PUMA机器人各关机坐标系2.给出D-H参数表由各参数的确定规则：杆件长度Li：沿xi 轴，zi-1 轴与xi 轴交点到0i 的距离；杆件扭转角αi：绕xi 轴，由zi-1 转向zi；杆件偏移量di：沿zi-1 轴，zi-1 轴和xi 交点至∑0i –1 坐标系原点的距离；杆件回转角θi：绕zi-1 轴，由xi-1转向xi；可以得到PUMA机器人的D-H参数表：表1 PUMA 机器人D-H 参数表3. 推导正运动学，逆运动学解3.1正运动学以下以c 代表cos 函数，s 代表sin 函数 由D-H 参数表易得：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=100001000001111110d c s s c T θθθθ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10001000022222222221d s a c s c a s c T θθθθθθ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=10000010003333333332θθθθθθs a c s c a s c T ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=100001000004444443d c s s c T θθθθ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=1000100000555554θθθθc s s c T ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10010000006666665d c s s c T θθθθ将以上六个矩阵依次右乘，即可得到末端机械手的齐次变换矩阵：65544332211060T T T T T T T =⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1060z z z z y y y yx x x x p a o n p a o n p a o n T 利用MATLAB 程序可以求出此变换矩阵各参数： syms a2 d2 a3 d4 d6syms c1 s1 c2 s2 c3 s3 c4 s4 c5 s5 c6 s6 T01=[c1 0 -s1 0;s1 0 c1 0;0 -1 0 d1;0 0 0 1]; T12=[c2 -s2 0 a2*c2;s2 c2 0 a2*s2;0 0 1 d2;0 0 0 1]; T23=[c3 0 -s3 a3*c3;s3 0 c3 a3*s3;0 -1 0 0;0 0 0 1]; T34=[c4 0 -s4 0;s4 0 c4 0;0 -1 0 d4;0 0 0 1]; T45=[c5 0 -s5 0;s5 0 c5 0;0 -1 0 0;0 0 0 1]; T56=[c6 -s6 0 0;s6 c6 0 0;0 0 1 d6;0 0 0 1]; T06=T01*T12*T23*T34*T45*T56 得到：nx=c6(s5c1s23 + c5(s1s4+c4c1c23)) - s6(c4s1 - s4c1c23) ny=c6(s5s1s23 - c5(c1s4-c4s1c23)) + s6(c1c4 + s4s1c23) nz=c6s5c23-c4c5s23-s4s6s23ox=-s6(s5c1c23+c5(s1s4 + c4c1c23)) - c6(c4s1-s4c1c23) oy=c6(c1c4+s4s1c23)-s6s5s1s23-c5(c1s4-c4s1c23) oz=-s6(s5c23 - c4c5s23- c6s4s23) ax=c5(c1s23- s5(s1s4 + c4c1c23)) ay=c5(s1s23+ s5(c1s4 - c4s1c23)) az=c5(c23 + c4s5s23)px=d6(c5c1s23-s5(s1s4+c4c1c23))-d2s1-d4c1s23+ a2c1c2 - a3c1s2s3 + a3c1c2c3 py=d6(c5s1s23+s5(c1s4-c4s1c23))+d2c1-d4s1c23+ a2c2s1- a3s1s2s3 + a3c2c3s1 pz=d1- a2s2 -d4c23+ d6(c5c23+ c4s5s23) - a3c2s3 - a3c3s2 其中:c23=cos⁡(θ2+θ3)，s23=sin⁡(θ2+θ3). 带入:c1=0; s1=1; c2=1; s2=0; c3=0; s3=-1; c4=-1; s4=0; c5=-1; s5=0; c6=-1; s6=0;得到：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-++--=100013001642100201060d a d d a d T与图中实际位置相符，故正解正确。

《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。

《检测机器人》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在让学生掌握检测机器人的基本操作，了解机器人各部件的功能，掌握机器人运行状态的检查方法，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。

二、作业内容1. 学生需按照操作手册，完成对机器人的基本检查和调试，包括但不限于：机器人电池状态、传感器是否正常工作、运动部件是否灵活等。

2. 完成一份关于机器人的自我介绍报告，内容包括机器人的名称、功能、外观特点、应用场景等，字数不少于500字。

3. 在学习小组内，进行机器人的实际操作展示，包括机器人的移动、避障、抓取等动作，并回答其他同学的问题。

三、作业要求1. 学生在完成作业前，需仔细阅读操作手册，确保作业的正确性和安全性。

2. 作业过程中，学生需认真观察、记录和分析机器人的运行状态，以便更好地掌握机器人的操作技巧。

3. 报告和展示时，学生需遵守课堂纪律，尊重其他同学，回答问题时要耐心细致。

4. 作业完成后，学生需将操作手册、报告和展示视频等资料整理好，以备后续学习和交流之用。

四、作业评价1. 评价标准：作业完成情况、报告质量、实际操作表现等。

2. 评价方式：教师评价与学生互评相结合，重点考察学生的实践操作能力和问题解决能力。

五、作业反馈1. 学生提交作业后，教师将对作业进行批改，及时反馈学生的优缺点，提出改进意见。

2. 对于普遍存在的问题，教师将在课堂上进行集中讲解，帮助学生共同进步。

3. 学生可根据教师的反馈和指导，对自己的作业进行修改和完善，进一步提高自己的信息技术水平。

4. 鼓励学生之间互相学习、互相帮助，共同提高信息技术素养。

通过本次作业，学生将进一步了解和掌握检测机器人的基本操作和功能，提高自己的实践操作能力和问题解决能力。

同时，通过小组合作和展示环节，学生还将锻炼自己的沟通能力和团队协作能力。

教师也将根据学生的表现和反馈，及时调整教学策略，不断提高教学质量。

作业设计方案（第二课时）一、作业目标1. 复习和巩固对检测机器人的操作技能；2. 提升学生自主探究、团队合作的能力；3. 培养学生对机器人的热爱，激发对科技的兴趣。