四自由度SCARA機器人的運動學和動力學matlab建模與仿真

目錄

1.課題概述

2.系統仿真結果

3.核心程序與模型

4.系統原理簡介

5.完整工程文件


1.課題概述

? ? ? ?針對SCARA 機器人系統進行了深入研究與探討,提出SCARA機器人的動力學模型和運動學模型,并以MATLAB軟件為仿真平臺,通過MATLAB Robotics Toolbox工具箱建立了一個四自由度的SCARA機器人仿真對象。在結合理論研究與仿真實驗的情況下,計算了SCARA 機器人運動學正解及運動學逆解,笛卡爾及關節空間軌跡規劃等功能,最終完成整個系統實驗和算法驗證。

2.系統仿真結果

(完整程序運行后無水印)

3.核心程序與模型

版本:MATLAB2022a


p0         = -1;% 定義初始點及終點位置
p1         = 4;
[p,pd,pdd] = tpoly(p0, p1, 50);%得到位置、速度、加速度%p為五階多項式,速度、加速度均在一定范圍內
figure;
subplot(311); 
plot(p); xlabel('Time'); ylabel('p');
subplot(312); 
plot(pd); xlabel('Time'); ylabel('pd');
subplot(313); 
plot(pdd); xlabel('Time'); ylabel('pdd');%三維的情況:
p = mtraj(@tpoly, [0 1 2], [2 1 0], 50);
%對于齊次變換矩陣的情況
T0 = transl(0.4, 0.2, 0) * trotx(pi);% 定義初始點和目標點的位姿
T1 = transl(-0.4, -0.2, 0.3) * troty(pi/2) * trotz(-pi/2);
T  = ctraj(T0, T1, 50);
first=T(:,:,1);%初始位姿矩陣
tenth=T(:,:,10);%第十個位姿矩陣
%動畫演示坐標系自初始點運動到目標點的過程
figure;
tranimate(T);
08_047m

4.系統原理簡介

? ? ? SCARA機器人是一種平面關節型的工業機器人,它依靠兩個旋轉關節實現XY平面內的快速定位,依靠一個移動關節和一個旋轉關節在Z方向上做伸縮和旋轉運動。這種結構特性使得SCARA機器人擅長從一點抓取物體,然后快速的安放到另一點。因此SCARA機器人在自動裝配生產線上得到了廣泛的應用。

? ? ? SCARA機器人結構簡單、輕便,這使得它的響應速度非常快,運動速度非常快,目前世界上運動速度最快的SCARA機器人是Adept1型。它末端參考點的最大運動速度可以達到10m/s,這個運動速度是其它關節機器人的數倍。當今世界上優秀的工業機器人生產商都在研制自己專屬的SCARA機器人。而且不同公司的側重點也不盡相同。例如日本EPSON公司生產的G系列和E系列型SCARA機器人具有高速、精準、操控穩定的特性,因此這種機器人在電子和汽車行業的生產線得到了廣泛的應用,它們的主要任務就是進行快速的零件輸送和裝配作業[06]。EPSON公司生產的SCARA機器人如下圖所示:

? ? ? ?SCARA(Selective Compliance Asembly Robot Arm)機器人類似人類的手臂的運動,它包含肩關節、肘關節和腕關節來實現水平和垂直運動,在平面內進行定位和定向,是一種固定式的工業機器人。它具有四個自由度,其中,三個是旋轉自由度,一個是移動自由度。三個旋轉關節,其軸線相互平行,手腕參考點的位置是由兩個旋轉關節的角位移及移動關節的位移來決定的。它能實現平面運動,全臂在垂直方向的剛度大,在水平方向的柔性大,具有柔順性。

? ? ? 在進行動力學和運動學建模之前,需要將SCARA實體機器人SCARA的基本結構示意圖如下圖所示:

? ? 對SCARA機器人進行結構建模的方式有很多種,D-H(Denavit Hartenberg)參數法是經典常用的方法。這種方法在機器人的每個連桿上都固定一個坐標系,然后用4×4的齊次變換矩陣來描述相鄰兩連桿的空間關系。通過依次變換可最終推導出末端執行器相對于基坐標系的位姿,從而建立機器人的運動學方程。D-H矩陣由4大部分構成,R旋轉矩陣,P位置矩陣,O透視矩陣,I比例變換,其表達式如下所示:

? ? ? ?其中,n矩陣為位置矩陣位置矩陣相對坐標系x軸對于參考坐標系的方向余弦;o矩陣為相對坐標系y軸對于參考坐標系的方向余弦;a矩陣為相對坐標系z軸對于參考坐標系的方向余弦;P為相對坐標系對于參考坐標系的位置向量;O為全為0的矩陣,I在一般情況下為單位矩陣,在相對坐標系對參考坐標系除了旋轉之外還有長度變化的時候I值不為1,其值為變化后的長度與變化前的基準長度的比值。

5.完整工程文件

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