论文总字数：16809字

摘 要

本文是基于机器人运动学理论基础对实验室三自由度关节型工业机器人进行了运动学分析并且进行了建模和仿真。首先对机器人运动学分析的意义、研究方法、国内外的研究现状进行了介绍；并介绍了D-H表示法、机器人坐标变换、MATLAB建模和Robotics Toolbox的相关知识；然后根据齐次坐标变换理论对机器人的结构和参数进行了分析，并建立相应的D-H参数模型，进行求解；最后利用MATLAB和Robotics Toolbox的相关功能，编写程序，对实验室三自由度关节型机器人构建机器人对象并进行了仿真模拟。

关键词：三自由度 工业机器人 运动学分析 齐次坐标变换

System modeling and Coordinate Transformation of Joint Industrial Robots

Abstract

This article is based on the theoretical basis of the laboratory robot kinematics three degrees of freedom articulated industrial robot kinematics analysis and conducted a modeling and simulation. First, the significance of the robot kinematics analysis, research methods, current research were introduced; And introduced the D-H notation, the robot coordinate transformation, MATLAB modeling and knowledge of Robotics Toolbox; Then according to the theory of homogeneous transformation of the structure and parameters of the robot are analyzed, and a corresponding D-H parameter model is solved; Finally, and related functions MATLAB Robotics Toolbox, the programming of three degrees of freedom articulated robot laboratory robot constructed objects and the simulation.

Key Words: Three degrees of freedom; Industrial robot; Kinematics analysis; homogeneous transformation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 课题研究背景 1

1.2 机器人发展概述 1

1.3 本文主要研究内容 4

第二章 机器人的D-H模型 5

2.1 机器人位姿的表示 5

2.1.1 空间点的向量表示 5

2.1.2 坐标系在固定参考坐标系中的表示 5

2.2.1 齐次变换 6

2.2.2 相对于运动坐标系的变换 10

2.2.3 变换矩阵的逆 10

2.3 机器人的系统建模 10

2.3.1 机器人的正运动学和逆运动学 10

2.3.2 机器人建模的D-H法 11

2.3.3 实验室三自由度关节型工业机器人的运动学模型 13

2.4 本章小结 15

第三章 基于MATLAB的机器人仿真 16

3.1 关于MATLAB 16

3.1.1 MATLAB简介 16

3.1.2 Robotics Toolbox简介 16

3.2 MATLAB Robotics Toolbox在机器人建模方面的应用 17

3.3 本章小结 18

第四章 实验室三自由度关节型工业机器人的仿真 19

4.1 构建机器人对象 19

4.2 机器人的运动学仿真 20

4.2.1 正运动学仿真 20

4.2.2 逆运动学仿真 21

4.3 本章小结 22

结语 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

伴随着全球经济的大步发展，科技发展也是日新月异，越来越多的科技产物逐渐进入人们的生活成为人们生活的必需品。机器人凭借自身具有的优点自从其被发明出来后被人们广泛应用与工业、生活等各个方面，给现代社会的人们带来了很多便利。但是伴随着人类社会工业等各方面的发展，机器人起初的各项功能已经不能满足人们的要求，人们的要求愈来愈高。人们不再局限于机器人的简单代替作用，而是要求更高的精度和更快的速度。近年来，对机器人的种种性能的改良已经成为专家学者的研究热点，他们通过不同的方法和途径来达到高速度高精度的目标。其中对机器人的运动学进行建模和利用仿真软件进行仿真是他们在开发和优化机器人性能方面的重点内容，也是他们不可忽视的，尤其是在相对繁杂的空间机构中精准、迅速地对相关系统进行运动学相关的研究和模型的建立以及对系统的相关性能的仿真。

对机器人的相关运动学进行研究和分析是研究机器人的基础，是确定机器人在特定工况下动力学分析、轨迹规划以及运动控制的前提。任一构型的机器人通常情况下均是由一组关节和连杆按任意的顺序连接而成，推导运动学方程的过程，一是根据关节与连杆参数进行矩阵变换，二是利用高斯消去等方法求解变换矩阵的逆，这两个过程均涉及复杂的数学运算，计算工作十分繁琐，浪费大量的时间。而利用软件就可以有效地解上面所说的问题。MATLAB是人们在仿真时第一个会想到应用的高端的数学软件，它主要被用来进行算法的研究开发和仿真、分析相关数据及数学数值的计算，里面包含各种功能实用的工具箱和模块集，本文使用到的就是里面的Robotics Toolbox工具箱，这里有内置的与机器人相关的函数，可以一定程度的提高对机器人进行运动学分析时的工作效率；可以生成仿真图形，使得研究机器人的运动形态以及工作空间变得更加直接了当。

1.2 机器人发展概述

伴随着人类国民经济的日新月异，人们在解决了基本的温饱问题后就开始对生活质量的需求不断增多，这样就带动了科学技术的发展。而机器人则凭借着自身在生活、工作等方面对人类的强大替代作用被人们誉为20世纪人类科技事业在发明方面的伟大创举之一。在1959年机器人就已经问世并且得到了全球各界人士的关注与发展支持。在经历了将近50年的艰难研究与发展后机器人的研究硕果累累，取得了卓越的进步。

在工业生产中工业机器人能够代替人类做一些单调、乏味、危险系数比较大的工作。比如核反应当面的工作，喷漆等对人体有害的操作。

请支付后下载全文，论文总字数：16809字