基于六自由度工业机器人的D-H模型及仿真分析

2017年6月机床与液压 Jun.2017第45 卷第11期MACHINE TOOL&HYDRAULICS Yol.45 No. 11

DOI：10.3969/j.issn. 1001-3881. 2017. 11.015

基于六自由度工业机器人的d-h模型及仿真分析

莫毅

(广西工业职业技术学院电子与电气工程系，广西南宁530001)摘要：针对目前实验室已经开发完成的六自由度机器人，基于D-H模型建立机器人的运动学模型，在M A T L A B环境下

自行编制了对应的计算机数值计算程序，并进行了仿真模型分析，最后结合具体的机器人实例，对六自由度机器人标准姿态进行本体标定试验，并通过试验结果对比。结果表明：实验室机器人标定后的定位精度与实际精度非常接近，机器人的

标准姿态的定位精度有大幅度提高。

关键词：六自由度；工业机器人；D-H模型；本体标定

中图分类号：TP242. 2; U D C: 621 文献标志码：A文章编号：1001-3881(2017) 11-064-5

D-H Modeling and Simulation Analysis Based on Six Degree of Freedom Industrial Robot

MO Yi

(Electronic and Electrical Engineering Department,Guangxi Institute of Industry Technology,

Nanning Guangxi 530001, China)

Abstract ：The six degree o f freedom(6-D O F) in d u s tria l robot c u rre n tly developed in the laboratory was focused on. The robot kinem atics m odel was established based on D-H m o d e l, in M A T L A B en viro n m e n t, com puter nu m erica l corresponding ca lcu la tio n pro­gram was s e lf-p re p a re d, and sim u la tio n analysis fo r the m odel was carried out. F in a lly com bined w ith spe cific examples o f the ro b o t, the c a lib ra tio n tests o f robot o f 6-D O F standard body posture were done. By com paring the test re su lts, the p o sitio ning accuracy o f the robot after c a lib ra tio n in laboratory and the actual accuracy are very clo se, and the p o sitio n in g accuracy o f standard posture o f the robot

has greatly im proved.

Keywords：Six degrees o f fre e d o m；In d u s tria l ro b o t；D-H m o d e l；C a lib ra tio n body classificatio n

〇前言

机器人的应用十分广泛，人类对机器人的依赖亦 更加密切，甚至对机器人的功能也有了更多期待，近 年来，机器人在工业领域得到了广泛的应用，从最早 的从简单活动的机器人到现在可以承担复杂工作的多 自由度机器人，关于复杂机器人的运动学模型建立以 及本体姿态的标定成为学者越来越关注的热点〜2]。

最早利用矩阵来表示机械手臂在空间中的几何关 系，是由DENAVIT和HARTENBERG在1955年所提 出并且运用一些规则来导出机械手臂的运动方程式。一般而言，逆向运动学的问题可以透过许多的方法而 获得解决，诸如P S SHIAKOLAS等人[3]年应用2x2双重矩阵做机械装置的位移分析、J M HOLLERBACH 等人[4]利用两组四行元素对空间机构做分析、(C h u n h e GONG等人[5]所提的迭代法应用于大多数的 工业机器人，由于计算繁复，常需借助计算机作为辅 助计算工具，然而在一些特殊的例子并不能保证可收 敛至正确的解。Seong G.KONG等[6]提出了 6个自由度的机械手臂其运动学的解，此机械手臂包括了旋转 对或滑动对，并且前3个关节和后3个关节的轴线必 须相交于一点，这个解可以对剩余的未知数，用一个 一元四次多项式的闭合解来表示。（MGROTJAHN等 人[7]提出了一种逆转换技术，利用4X4的齐次转换 矩阵，使运动学的解获得解决，它可用在一些简单型 并与Pieper所论述的同等级类型机器手臂上，虽然最 后的解是正确的，但对于特殊手臂结构，在数种可能 的解当中，无法清楚指出如何选择最适当的解乃此法 之缺点。（Joseph C CHAN等人[8]发表的几何逼近主 要用于简单型旋转关节机器手臂，可求得臂、肘、腕 的关节角度。

基于以上的研究成果，本文作者在实验室已经开 发完成的六自由度机器人基础上，开展持续相关的研 究工作，基于D-H模型建立机器人的运动学模型，运用MATLAB自行设计对应的计算机数值计算程序，进行仿真模型分析，最后结合具体的实例，对六自由 度机器人标准姿态进行本体标定，验证其动作的正

收稿日期：2016-03-14

基金项目：2015年度广西高校科学技术研究项目（桂工业院科研K Y2015Y B444);广西工业职业技术学院2014年度科学研究项目（桂工业院科研2〇M〇56〇〇7)

作者简介：莫毅（1981—），男，硕士研究生，讲师，工程师，研究方向为智能化机器人工作系统。E-m a il:b in g jUr@ 163. com 。