桌面型串联关节式机器人示教仿真软件开发毕业设计论文(编辑修改稿)

桌面型串联关节式机器人示教仿真软件开发毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

3） ny 轴的方向按右手定则确定。 机器人坐标系建立的方法常用的是 DH 方法，这种方法严格定义了每个关节的坐标系，并对连杆和关节定义了 4 个参数，如 下 图 31。 图 31 机器人机械手是由一系列连接在一起的连杆（杆件）构成的。 需要用两个参数来描述一个连杆，即公共法线距离 ia 和垂 直于 ia 所在平面内两轴的夹角 i ；需要另外两个参数来表示相邻两杆的关系，即两连杆的相对位置 id 和两连杆法线的夹角 i。 除第一个和最后一个连杆外，每个连杆两端的轴线各有一条法线，分别为前、后相邻连杆的公共法线。 这两法线间的距离即为 id。 我们称 ia 为连杆长度， i 为连杆扭角， id 为两连杆距离， i 为两连杆夹角。 机器人机械手上坐标系的配置取决于机械手连杆连接的类型。 有两种连接 —— 转动关节和棱柱联轴节。 对于转动关节， i 为关节变量。 连杆 i的坐标系原点位于关节 i 和 i+1 的公共法线与关节 i+1 轴线的交点上。 如果两相邻连杆的轴线 相交于一点，那么原点就在这一交点上。 如果两轴线互相平行，那么就选择原点使对下一连杆（其坐标原点已确定）的距离 1id为零。 连杆 i 的 z 轴与关节 i+1 的轴线在一直线上，而 x 轴则在关节 i 和i+1的公共法线上，其方向从 i 指向 i+1，当两关节轴线相交时， x 轴的方向与两矢量的交积 1iizz 平行或反向平行， x 轴的方向总是沿着公共法线从转轴 n 指向 i+1。 当两轴 1ix 和 ix 平行且同向时，第 i 个转动关节的 i 为零。 一旦对全部连杆规定坐标系之后，我们就能够按照下列顺序由两个旋转和两个平移来建立相邻两连杆 i1 与 i 之间的相对关系。 绕 1iz 轴旋转 i 角，使 1ix 轴转到与 ix 同一平面内。 沿 1iz 轴平移一距离 id ，把 1ix 移到与 ix 同一直线上。 沿 i 轴平移距离 1ia ，把连杆 il 的坐标系移到使其原点与连杆 n 的坐标系原点重合的地方。 绕 1ix 轴旋转 1ia 角，使 1iz 转到与 iz 同一直线上。 这种关系可由表示连杆 i 对连杆 i1 相对位置的四个齐次变换来描述，并叫做 iA 矩阵。 此关系式为 ( , ) ( 0 , 0 , ) ( , 0 , 0 ) ( , )i i i i iA R o t z Tran s d Tran s a R o t x a （式 31） 展开上式可得 10000 111111111iiiiiiiiiiiiiiiiiiidcssascccscasscscA   （式 32） 当机械手各连杆的坐标系被规定之后，就能够列出各连杆的常量参数。 对于跟在旋转关节 i 后的连杆，这些参数为 id ， 1ia 和 1i。 对于跟在棱柱联轴节 i 后的连杆来说，这些参数为 i 和 1i。 然后，  角的正弦值和余弦值也可计算出来。 这样， A 矩阵就成为关节变量  的函数（对于旋转关节）或变量 d 的函数（对于棱柱联轴节）。 一旦求得这些数据之后，就能够确定六个 iA 变换矩阵的值。 串联机器人系统正向运动学模型和系统 参照机器人的运动机构简图 32，根据 DH方法建立机器人的笛卡尔坐标系，并且标出每个关节坐标系的原点； 机器人的参数 表 31 杆件 变量为转角θ n 偏距 dn(mm) 扭 角α n 杆长 an(mm) 1 θ 1(0) 200 90176。 0 2 θ 2(90176。 ) 0 0 197 3 θ 3(0) 0 90176。 90 4 θ 4(0) 83 90176。 0 5 θ 5(0) 0 90176。 0 6 θ 6(0) 82 0 0 规定逆时针为正，顺时针为负。 Ci =cos i Si =sin i 0A1=1000010000011111dCSSC 1A2 = 100001000022222222SaCSCaSC 2 A3 =100000100033333333SaCSCaSC 3A4=1000010000044444dCSSC 4 A5 =1000001000005555CSSC 5A6= 1000100000066666dCSSC T1=0A11A22A3=1000010000011111dCSSC * 100000100022222222SaCSCaSC * 100000100033333333SaCSCaSC = 1000111111111111zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon 3213211 ssccc x  3213211 sssccsn y  32321 sccsn z  11 sox  11 coy  01zo 3213211 cscscca x  3213211 cssscsa y  32321 ccssaz  212321332131 ccasscacccap x  212321332131 csasssaccsap y  2213233231 sadscacsap z  T2=3A44A55A6=1000010000044444dCSSC*1000001000005555CSSC* 100010000066666dCSSC = 1000222222222222zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon 646542 sscc x  646542 scccsny  652 csnz  646542 cssccox  646542 ccscsoy  652 ssoz  542 scax  542 ssay  52 caz  5462 scdpx  5462 ssdpy  5642 cddpz  T=T1*T2= 1000111111111111zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon * 1000222222222222zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon = 1000zzzzyyyyxxxxpaonpaonpaon 6532132164654164654321321 )()()()( cscscsccscccsssscccssccc x  6532132164654164654321321 )()()()( cscssscsscccscsscccsssccsn y  653232646543232 )()()( csccsssscccsccsn z  6532132164654164654321321 )()()()( sssscsccccscsscssccsscccco x  6532132164654164654321321 )()()()( sssssscsccscsccssccsssccso y 653232646543232 )()()( ssccsscssccsccso z  532132154154321321 )()( ccscsccsssscsscccca x  532132154154321321 )()( ccssscssscscsssccsa y  53232543232 )()( cccssscsccsa z  11212321332135643213215416543213216 )()()( caccasscaccca cddcscsccsssdscssccccdp x   11212321332135643213215416543213216 )()()( sacsasssa ccsacddcssscssscdscsssccsdp y  22323323564323215432326 )()()( sascacsacddccssdscsccsdp z  本章小结 本章按照 DH 杆件坐标系规则通过对几何杆件结构的分析，利用齐次变换矩阵法建立了六自由度关节机器人的正运动学模型，求出了机器人末端相对于各自参考坐标系的齐次坐标值，建立了在直角坐标空间内机器人系统末端执行器的位置和姿态与关节变量值的对应关系。 该算法是机器人运动控制的基础，为控制器软件系统的算法程序模块提供了算法基础。 第四章 仿真系统软件开发 本系 统的开发软件：组态王 组态王软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，他们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。 王软件 简介 组态王软件应该能支持各种工控设备和常见的通讯协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。 组态王软件应该是一个使用户能快速建立起自己的 HIM 软件工具，或开发环境。 可以利用组态王软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。 随着它的快速发展，实时数据库、阿实时控制、 SCADA、通讯及 联网、开放式数据接口、对 I/O 设备的广泛支持已 经它主要内容，随着技术的发展，监控组态王软件将不断的被赋予新的内容 ，如图 41。 图 41 组态王中的变量 变量的基本类型共有两类：内存变量、 I/O 变量。 I/O 变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如PLC、仪表等）或其它应用程序（如 DDE、 OPC 服务器等）。 这种数据交换是双向的、动态的，就是说：在“组态王”系统运行过程中，每当 I/O变量的值改变时，该值就会自动 写入下位机或其它应用程序；每当下位机或应用程序中的值改变时，“组态王”系统中的变量值也会自动更新。 所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如“反应罐液位”、“电源开关”等变量，都需要设置成“ I/O 变量”。 内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。 组态王中变量属性的定义 在工程浏览器中左。