机器人设计工作总结
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实习期间主要工作
机械手（6kg ）设计分析
1、机械手的运动学分析
机械手常用的运动学分析方法是建立D-H 坐标，采用建立D-H 参数的方法进行运动学分析。实习期间，我采用了该方法对六自由度机械手进行了运动学分析。
1.1机械手几何结构图及各关节位置
X
Y
Z
关节1
关节2
关节3
关节3
Z
140
600 450
机械手三维造型及相关尺寸
590
124
1.2. 机械手运动学正向求解
(1) 机械手各关节坐标系的约定及初始位置示意图如下
得到的D-H 参数如下表：
10θ=,20θ=,30θ=,40θ=,50θ=,60θ=.
相邻坐标系间的变换矩阵：
cos sin cos sin sin cos sin cos cos cos sin sin 0sin cos 0001i i i i i i i i
i i i i i i i i i a a T d θθαθαθθθαθαθαα⎡⎤⎢
⎥⎢
⎥⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
--= z
i T 描述了连杆坐标系之间相对平移和旋转的一次坐标变换，如1T 描述第一
根连杆相对于某个坐标系（如机身）的位姿，2T 描述第二根连杆相对于第一根连杆坐标系的位姿。
对于以上六自由度的机械手模型，机械手末端相对于固定坐标系的变换可表示为：
56012346T TT T T T T =
机械手的手部位置矢量为固定参考系坐标原点指向手部坐标系原点的矢量
p ，手部的方向矢量为n o a
、、。于是手部的位姿可用44⨯矩阵表示为：
600
00
1x x x x y
y y y z z z z n s a p n s a p T n s a p ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
=
由D-H 参数表以及变换矩阵可得：
11111
1
1111000100001c s a c s c
a s T d ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥
⎢
⎥⎣⎦ 2
222222220000100
01c s a c s c a s T -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥
⎢⎥⎣⎦ 3
333
3
3333000100000
1c s a c s c a s T -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦
444
4
4400000100
1c s s c T d ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥
⎢⎥⎣⎦ 5
5555000001000
1c s s c T -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥
-⎢⎥⎣⎦ 6
6666000000100
01c s s c T -⎡⎤
⎢⎥⎢⎥=⎢⎥
⎢⎥⎣⎦
求得：
6012345646123561456461234564612356145646 234564623560123456461235614564612345
c c c c c s s c s s c s s c c c s s c c c c s s s s s c c s c c c s T s c c c s s c s s c c c c s s c c s s s s s c s c c s c c c s ⎡⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎢
⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎢⎢⎡⎤⎣⎦⎢
⎢⎣
⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦
---+--++=-+-+++--6461235614564623456462356
01234523514512345235145
2345235
01234233221 s c s s s s c s c s c c s c c s s c c s s c c c s s c s s s s c c s s c c s s s c s c c c s d c a c a a ⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎣⎦⎡⎤⎣⎦⎡⎤⎣⎦++---+--++-+--+-+++12342332212342332211s s d c a c a a c d s a s a d ⎤
⎡⎤⎣⎦⎥
⎡⎤⎣
⎦⎥⎥
⎥
⎥⎦
-++++++
以上各式中：sin i i s θ=，cos i i c θ=，()sin ij i j s θθ=+，()
cos ij i j c θθ=+。 1.3 机械手运动学逆向求解
在机械手的逆向求解过程中，给出了关节变量值就可以求出手部在空间笛卡尔坐标系下的位姿，也就是实现了由关节空间到笛卡尔空间的转换。在机械手的控制中，需在已知手部要到达的目标位姿的情况下求出所需的位姿得到满足。常用的求解方法分为几何法和代数法。在本次实习过程中，我采用了代数法进行求运动学逆解，依然针对的是上述的机械手模型，在求解的过程中需要注意逆运动学解的多重性，这就要求我们需要根据实际情况提出多余的解，选取实现机械手运动的最佳解。
由1.2中可知：
512346
00
1x x x x y y y y z z z z n s a p n s a p TT T T T T n s a p ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦
= 在该矩阵方程中，等式左边的矩阵元素,,,,,,,,,,,x y z x y z x y z x y z
n n n s s s a a a p p p 是已知的，而等式右边的六个矩阵是未知的，它们的值取决于关节变量123,,θθθ，
456,,θθθ的大小。