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码垛机器人运动学模型

时间：2017-12-22 来源：机器人在线 阅读：12384
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码垛机器人运动学模型

在码垛机器人作业的过程中，需要使用到几种不同的坐标系，下面本文援引文献中对于机器人坐标系的定义和介绍，对码垛机器人工作过程中运用到的几种不同的坐标系进行介绍:
(1)机器人笛卡尔坐标系
机器人笛卡尔坐标系，一般在机器人安装的时候就决定了。其Z轴正方向垂直于机器人安装平面，X轴正方向从原点指向机器人工作空间中心点在机座安装面上的投影方向。
(2)机器关节坐标系
对于机器人进行运动控制，必须在关节坐标系下完成。关节坐标系指的是机器人当前各个关节轴所处的位置，只有控制各个关节轴的位置，才能实现机器人的运动。所以关节轴坐标系是机器人必不可少的坐标系。
(3)工件坐标系
工件坐标系一般由用户自定义，可以在工件的任何位置建立坐标系。一般而言工件坐标系的建立原则一般是方便用户定义和计算。
对于机器人的控制和轨迹规划，都需在不同的坐标系之间进行转换
在机器人运行的过程中，各个不同的坐标系之间需要相应的转换。其中主要的转换工作来自于笛卡尔坐标系到关节角空间之间的相互转换。

码垛机器人运动学模型研究和建立

码垛机器人正解分析

码垛机器人运动学正解，指的是在给定的关节角空间值的情况下，求解出码垛机器人执行器末端位于笛卡尔坐标系下的坐标值。根据D-H坐标系法的定义，机器人是由一系列相互关联的关节轴和连杆依次顺序组成的运动链。在D-H坐标系中，对于某个机械连杆建立D-H坐标系主要有以下的两种方法:前置坐标系法和后置坐标系法。本文中码垛机器人的机械结构与文献基本相似，因此参考其方法采用前置坐标系法对机器人建立D-H坐标系并获得正反解方程。本文中码垛机器人运动学机构简化模型如图3-1所示:
 
根据D-H坐标系方法的定义，其第一步是在机器人的各个机构连杆上建立D-H坐标系法定义的坐标系。之后根据之前的结果，对各个坐标系进行分析和计算，建立各个连杆之间的D-H转换矩阵。
在上述的几个步骤完成之后，最后需要根据矩阵理论的知识，采用矩阵乘积的方法将各个连杆上的D-H转换矩阵进行相乘，最后可以得到系统的转换矩阵，所以根据其定义可以得到如下的计算过程:
(1)确定机器人连杆的参数:
 
 
 
由式(3-10)至式(3-12)即可求出在某个关节角空间坐标值下码垛机器人执行器末端点的笛卡尔坐标值。

码垛机器人逆解分析

对于码垛机器人的运动控制，主要都是基于关节角空间坐标系进行的，而在用户的使用的过程中，一般采用笛卡尔坐标系标识码垛机器人执行器末端点位置。所以在码垛机器人控制系统中，必须提供由笛卡尔坐标系到关节坐标系到的转换功能。
 
 

码垛机器人运动学模型仿真结果

根据上文的推导和叙述，建立了在本文参数环境下的码垛机器人运动学模型，根据这个模型有以下的仿真结果:
表3-2中的数据为本文中码垛机器人在笛卡尔坐标下从x=2000, y=0, z=1279至x=2000, y=0, z=1479通过运动学模型反解的部分数据。
通过机械仿真软件ADAMS，对数据进行导入并在机器人虚拟模型上进行运行，可以得到由x=2000,y=0,z=1479的直线轨迹,验证了运动学模型的有效性。运行结果如图3-2至3-3所示：
 
 
 
 
本章进行了码垛机器人运动学模型的分析和建立，通过D-H法和码垛机器人机构简图建立了运动学正反解模型。
 
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