基于MATLAB_Simulink的机器人运动学仿真
基于MAT LAB ΠSimulink 的机器人运动学仿真
张晓超 董玉红
(哈尔滨理工大学,哈尔滨150080)
摘要 利用M AT LAB ΠS imulink 仿真软件对机器人的运动学仿真进行研究,提出基于机构仿真工具S imMechanics 的运动学仿真和基于M AT LAB 函数的运动学仿真,并以平面两关节机器人为例比较了各自的特点。这两种仿真方法对于复杂多关节机器人也同样适用。
关键词:MAT LAB ΠSimulink SimMech anics 运动学 仿真
中图分类号:TP 39119 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2005)增—0061—02
K inematics simulation of robots based on MAT LAB ΠSimulink
Zhang Xiaochao ,Dong Yuhong
(College of Mechanical and Pow er E ngineering ,H aerbin U niversity of
Science and T echnology ,H aerbin 150080,CHN )
Abstract K inematics simulations of robots were studied by M AT LAB ΠS imulink simulation s oftware.K inematics simulations based on mechanism simulation tool S imMechanics and on M AT LAB function were put forward ,and their features compared for tw o joints robot as an example.The tw o methods can als o be used in application to multiple joints robots.K ey w ords :MAT LAB ΠSimulink SimMech anics K inem atics Simulation
本文利用M AT LAB ΠSimulink 仿真软件对机器人的
运动学仿真进行研究,提出基于机构仿真工具Sim Me 2chanics 的运动学仿真和基于M A T LAB 的函数的运动学仿真,并以平面两关节机器人为例比较了各自的特点。
1 基于Sim Mechanics 的运动学仿真
根据机器人的机构组成,基于Sim Mechanics 的两
关节机器人仿真模型如图1所示[1]
。Sim Mechanics 仿真模型主要由两个转动关节模块、两个刚体模块和一个地模块组成。转动关节1、2(R 1、R 2)表示机器人的两个转动关节,刚体1、2(B 1、
B 2)代表杆1、杆2,
地(G round )表示固定机座。对于关节1、2用两个驱动器(R1Actuator 和R2Actuator )进行运动驱动,用两个传感器(R1Sens or 和R2Sens or )测量关节转角,轨迹规划模块实现机器人末端的运动轨迹。
图1 基于S imMechanics 的运动学仿真模型
图2 机器人的关节转角信号
图3 机器人的末端运动轨迹
根据建立的机器
人Sim Mechanics 仿真模型,在仿真环境中设置分析类型,就可以实现机器人的运动学(或动力学)仿真分析。设机器人的杆1和杆2长度均为018m ,其初
始位置杆1处于水平位置,杆2相对于杆1夹角为90°。末端点P 的期望轨迹为XY 平面内的一条直线,起点为(018,018),终点为(115,011),直线方程为y =-x +116。用关节传感器测得关节转角信号如图2所示,
用刚体传感器B2sen 2
s or 测得机器人的末端轨迹如图3所示。
2 基于MAT LAB 函数的运动学仿真
运动学仿真除了采用上面的机构仿真工具之外,
CAD ΠCAPP ΠCAM ΠCAE
也可以用Simulink 公共模块库中的模块建立运动学仿真模型。但当机器人的运动学方程较复杂时,这种方法就显得繁琐。简便的方法是采用基于M AT LAB 函数的运动学仿真,这种方法主要通过用M AT LAB 语言编写M AT LAB 函数,来求解机器人的运动学方程和逆
运动学方程,从而建立机器人的运动学仿真模型[2]
。基于M AT LAB 函数的两关节机器人的运动学仿真模型如图4所示,并编制了求解运动学方程的M AT 2LAB 函数robot.m 以及求解逆运动学方程的M AT LAB 函数robot —1.m 。图4中机器人的末端位置指令坐标
(x i ,y i )
由轨迹规划给出,经过M AT LAB 函数的逆运动
学模块调用robot —1.m 运算后,得到关节1、2的转角信号θ1和θ2如图
5所示,再由M AT LAB 函数调用ro 2bot.m 进行运动学运算,得到机器人的末端轨迹如图6
所示。
图4 基于M AT LAB 函数的运动学仿真模型
图5 机器人的关节转角信号
比较图3与图6可见,两种运动学仿真得到的机器人末端运动轨迹相同,但测得的关节转角信号却不
同,原因是基于Sim Mechanics 仿真模型测得的是关节转角的增量信号,并且关节转角方向的定义与机器人运动学中的定义相反。
3 结论
图6 机器人的末端运动轨迹
1)两种仿真方法
都能实现机器人的运动学仿真,且对于复杂多关节机器人同样适用。
2)基于Sim Me 2chanics 的仿真模型,通过参数设置及仿真类型选择,可以方便地进行动力学仿真,
但不能进行逆运动学仿真。
3)基于M AT LAB 函数的仿真模型既可以进行运动学仿真,又可以进行逆运动学仿真。
对于复杂的多关节机器人,两种方法结合使用更
方便、有效。
参 考 文 献
1 薛定宇,陈阳泉.系统仿真技术与应用.北京:清华大学出
版社,2002
2 [美]约翰?F ?加德纳,周进雄,张陵译.机构动态仿真-使
用M AT LAB 和SI M U LI NK.西安:西安交通大学出版社,2002
收稿日期:20051012
(上接第167页)
6 闻德生等.开路式轴向柱塞泵最佳自冷却的探讨.机床与液
压,2004,9
7 闻德生等.闭路式泵滑靴底面动态仿真及试验.流体传动与
控制,2004,4
8 闻德生等.提高轴向柱塞泵性能指标的新方法.流体传动与
控制,2004,5
9 闻德生等.主动滚压式液压全自动钢板打印机的研究及应
用.中厚板,2004,5
10 闻德生等.柱塞式滚柱泵的原理研究.机床与液压,2005,4
11 闻德生.等宽双定子泵1中国专利局,发明专利,专利号:
02144406.4
作者简介:闻德生,教授,从事新型液压元件和液压传动的新型应
用领域研究,国家级突出贡献专家,首批国家级政府特贴专家,曾获国际、国内发明奖和科技进步奖等30余项,专利11项,发表论文80余篇。
收稿日期:20050910
CAD ΠCAPP ΠCAM ΠCAE
puma250机器人运动学分析
焊接机器人运动分析 摘要：针对puma250焊接机器人，分析了它的正运动学、逆运动学的问题。采用D-H坐标系对机器人puma250 建立6个关节的坐标系并获取D-H 参数，并对其运动建立数学模型用MATLAB编程，同时仿真正运动学、逆运动学求解和轨迹规划利用pro-e对puma250建模三维模型。 关键词：puma250焊接机器人；正逆解；pro-e；Matlab；仿真 一、建立机器手三维图 Puma250机器人,具有6各自由度，即6个关节，其构成示意图如图1。各连杆包括腰部、两个臀部、腕部和手抓。设腰部为1连杆，两个臀部分别为2、3连杆，腰部为4连杆，手抓为5、6连杆，基座不包含在连杆范围之内，但看作0连杆，其中关节2、3、4使机械手工作空间可达空间成为灵活空间。1关节连接1连杆与基座0,2关节连接2连杆与1连杆，3关节连接3连杆与2连按，4关节连接4连杆与3连杆，5关节连接5连杆与4连杆。各连杆坐标系如图 2 所示。
图1 puma250 机器人二、建立连杆直角坐标系。
三、根据坐标系确定D-H表。 四、利用MATLAB 编程求机械手仿真图。>>L1=Link([pi/2 0 0 0 0],'standard'); L2=Link([0 0 0 -pi/2 0],'standard'); L3=Link([0 -4 8 0 0],'standard'); L4=Link([-pi/2 0 8 0 0],'standard'); L5=Link([-pi/2 0 0 -pi/2 0],'standard'); L6=Link([0 2 0 -pi/2 0],'standard'); bot=SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6],'name','ROBOT'); ([0 0 0 0 0 0])
FANUC机器人仿真软件操作手册
FANUC机器人仿真软件操作手册
2008年10月第1版ROBOGUIDE 使用手册（弧焊部分基础篇）
目录 目录 (1) 第一章概述 (2) 1.1. 软件安装 (2) 1.2. 软件注册 (3) 1.3. 新建Workcell的步骤 (4) 1.3.1. 新建 (4) 1.3.2. 添加附加轴的设置 (11) 1.4. 添加焊枪，TCP设置。 (16) 1.5. Workcell的存储目录 (20) 1.6.鼠标操作 (22) 第二章创建变位机 (25) 3.1.利用自建数模创建 (25) 3.1.1．快速简易方法 (25) 3.1.2．导入外部模型方法 (42) 3.2.利用模型库创建 (54) 3.2.1．导入默认配置的模型库变位机 (54) 3.2.2．手动装配模型库变位机 (58) 第三章创建机器人行走轴 (66) 3.1. 行走轴－利用模型库 (66) 3.2. 行走轴－自建数模 (75) 第四章变位机协调功能 (82) 4.1. 单轴变位机协调功能设置 (82) 4.2. 单轴变位机协调功能示例 (96) 第五章添加其他外围设备 (98) 第六章仿真录像的制作 (102)
第一章概述 1.1. 软件安装 本教程中所用软件版本号为V6.407269 正确安装ROBOGUIDE ，先安装安装盘里的SimPRO，选择需要的虚拟机器人的软件版本。安装完SimPRO后再安装WeldPro。安装完，会要求注册；若未注册，有30天时间试用。
如果需要用到变位机协调功能，还需要安装MultiRobot Arc Package。 1.2. 软件注册 注册方法：打开WeldPRO程序，点击Help / Register WeldPRO 弹出如下窗口，
焊接机器人逆运动学位姿分析
1.1连杆的坐标系 应用D-H 法来建立机器人杆件的坐标系。在这种坐标系中，可以把机械手的任一连杆i （i=1，2，3···，n ）看作是一个刚体，与它相邻的两个关节i 、i-1的轴线i 和i-1 之间的关系也由它确定，如图1，可以用以下四个参数描 式中，cθi =cosθi ，sθi =sinθi ，i=1，2，3，···，n 图1连杆坐标系{i}到{i-1}的变换 i αi-1/（rad ）a i-1/（cm ）d i /（cm 12340 90°090°042.5410014.520011.895.3表1机器人连杆参数表
定义了连杆坐标系和相应得连杆参数，就能建立运动学方程，焊接机器人末端关节的坐标系{n}相对于基础坐标系{0}中的齐次变换公式为： 对于6自由度的焊接机器人公式可以写为 （2 变换矩阵0 n T是关于n个关节变量的函数，这些变量 可以通过放置在关节上的传感器测得，则机器人末端连杆再基坐标系中的位置和姿态就能描述出来。 E n表示焊接机器人末端关节的姿态， 器人在世界坐标系中的位置。[3] 2机器人的逆运动学分析 逆运动学求解是已知机器人末端的位置和姿态即 求解机器人对应于该位置和姿态的关节角 只要0 n T表示的末端连杆坐标系的位置和姿态位于机 械手的可达空间内，则运动学方程至少有一个解， 达空间内，机械手具有任意姿态，导致运动学方程可能出现重解。 机器人的运动学方程是一组非线性方程式， 求解过程中，我们逐次在公式（4）的两端同时左乘一 即为 在上式两边的矩阵中寻找简单的表达式或常数， 对应相等，计算过程如下： （ （ （ （ （ （3求取各关节的解集 依靠D-H法求解关节角的过程是和焊接机器人本身的结构相关的，换句话说，也就是特定配置的机器人需要特定的解决方案。通过公式（6）-（16）可以看出每个关节角的结果是不唯一的，如果采用已有的求解方法，显而易见该过程是缓慢的，复杂的。本文提出了一种计算最终执行器位置的所有精确值的算法。该算法是在MATLAB 程实现的。通过该算法得到各节点的解是更快速、有效的。 用变换矩阵 6T定义一条具有两个端点A和B 轨迹，如公式（17）和（19）。从而θ能够被求出，如公式20）
虚拟机器人仿真软件使用使用说明
热博机器人3D仿真系统 用 户 手 册
杭州热博科技有限公司 1.软件介绍 RB-3DRSS是热博科技有限公司新近推出的一款以.NET平台为基础，在Microsoft Windows平台上使用3D技术开发的3D机器人仿真软件。用户通过构建虚拟机器人、虚拟环境，编写虚拟机器人的驱动程序，模拟现实情况下机器人在特定环境中的运行情况。 RB-3DRSS与市面上的同类产品相比，它具有如下的特点： 1．全3D场景。用户可自由控制视角的位置，角度。 2．先进的物理引擎技术，引入真实世界的重力、作用力、反作用力、速度、加速度、摩擦力等概念，是一款真正意义上的仿真软件。 3．逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术，高度接近实际环境下的机器人运动状态，大大简化实际机器人调试过程。
4．实时运行调试。运行时，依据实际运行情况，调整机器人参数，帮助用户快速实现理想中的效果。 5．自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件，进行机器人搭建，可自行编辑3D训练比赛场地，所想即所得。 6．单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人，自由组队进行队伍间对抗。7．与机器人图形化开发平台无缝连接。其生成的控制程序代码可在虚拟仿真系统中直接调用，大大节省编程时间。
系统配置要求 操作系统:win98,win2000全系列,winXp,win2003 server 运行环境:.Net Framework v2.0,DirectX 9.0c 最低硬件配置： 2.0GHz以上主频的CPU,512M内存,64M显存以上的3D显卡.支持1024×768分辨率,16bit颜色的监视器，声卡 推荐配置： 3.0G以上主频的CPU,1G内存,128M显存的3D显卡，支持1024×768分辨率,16bit 颜色监视器，声卡
工业机器人软件仿真码垛工作站
工业机器人软件仿真码垛工作站
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ?
工业自动化技术强化训练Ⅱ实践报告 工业机器人码垛应用 作者姓名: 指导老师： 所在学院: 提交日期：
绪论 一、摘要 本次强化训练的时间为期4周，通过对ABＢ机器人的学习与操作，以完成本次强化训练的要求。这着4周的学习过程中,学习包括机器人的发展历程和机械结构等理论方面，还包含了编程、机器人I／O的接线。同时练习实操机器人，这是一个必不可少的环节,只有理论与实践相结合，才能出真知。在前一周的实操中完成了机器人循迹。 而本次强化训练的重点为，利用ABB ＲoboｔStudｉｏ对双输送线单机械臂工作站完成工作站搭建并模拟仿真。 ABB ＲoboｔStudｉｏ是优秀的计算机仿真软件。为帮助您提高生产率，降低购买与实施机器人解决方案的总成本,ＡＢB开发了一个适用于机器人寿命周期各个阶段的软件产品家族。 规划与可行性：规划与定义阶段RｏｂoｔＳtuｄio可让您在实际构建机器人系统之前先进行设计和试运行。您还可以利用该软件确认机器人是否能到达所有编程位置,并计算解决方案的工作周期。 编程：设计阶段，PrｏｇramMａｋer将帮助您在ＰC机上创建、编辑和修改机器人程序及各种数据文件。ScｒeenMakeｒ能帮您定制生产用的ＡＢＢ示教悬臂程序画面。 关键词:强化训练；ABＢＲoｂｏtStuｄiｏ;双输送线;模拟仿真
工业机器人码垛软件仿真 一、双输送线码垛工作站搭建 在ABB RｏboｔStｕdiｏ中导入机器人模型后，点击显示机器人工作范围，以机器人为中心,周围放置两个输送线与两个托盘垛。也可以将两个托盘垛换成一个较大的传送带，但此种方法需要增加新的I/Ｏ设置,不宜采用。值得注意的是托盘垛应放置于较合适，既较高的位置，以免机械臂达到极限位置。 布局如下，其中双输送线的以及托盘垛的位置并未精确定位，只需要放置在合理的机器人工作范围内即可。 二、工作站搭建流程 第一节:搭建输送带系统 1、新建一个物料并手动拖动到输送带上 2、在建模选项中点击Smａrｔ组件,并添加一个Sourcｅ 3、设置Ｓouｒｃe的属性如下，其中Positioｎ选项为要复制的物料的原点位置，值得注意的是Tｒaｎsienｔ应当勾选，以防内存溢出。
中学信息技术《机器人仿真系统》教案
中学信息技术《机器人仿真系统》教案第16课机器人仿真系统 【教学目标】 .知识目标 ◆认识仿真下的虚拟机器人； ◆能用NSTRSS设计场地、构建机器人并利用仿真环境进行组队测试。 2．过程与方法 ◆通过教师演示在虚拟仿真环境下的机器人运行，激发学生兴趣； ◆通过教师讲解虚拟仿真软件，培养学生对新软件的兴趣； ◆通过让学生自己动手调试，体会学习新事物的乐趣。 3．情感态度与价值观 ◆使学生领悟“自由无限，创意无限，只有想不到，没有做不到”的道理； ◆培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教法选择】 示例讲解、任务驱动、辅导答疑。 【教学重点】 ．用NSTRSS仿真系统设计仿真场地；
2．搭建仿真机器人； 3．运行仿真。 【教学难点】 ．设计场地； 2．搭建仿真机器人。 【教学过程】 一、巩固1日知，引入新知 教师活动 将上节课学生完成的在现实场地中运行的走迷宫机器人进行分组比赛，一是能够检验学生的学习情况，二是能调动起学生的积极性，三是为引入仿真系统做准备。 学生活动 小组合作，调试机器人程序，检查机器人的搭建，准备比赛。 教师活动 通过比赛，提出问题：同学们想不想经常地进行这样的比赛呢?但是在现实中调试，需要很多的时间，而且还需要固定的场地环境等等，非常不方便，我们有没有什么好办法解决这个问颢？ 引入纳英特的仿真模拟系统，展示它的特点，与现实情况做比较。 教师给学生演示讲解：
．关于仿真系统 什么是仿真系统?仿真系统是机器人的设计、实现，完全在虚拟的环境中，以虚拟的形式出现，它以优化机器人硬件和软件设计、缩短研发周期、节约成本为特色，解决机器人设计过程的不足。 2．初识NSTRSS软件 NSTRSS是NST科技新近推出的一款以．NET平台为基础，使用microsoftDirectX9．0技术的3D机器人仿真软件。用户通过构建虚拟机器人、虚拟环境，编写虚拟机器人的驱动程序，模拟现实情况下机器人在特定环境中的运行情况。 NSTRSS与市面上的同类产品相比，它具有如下的特点：全3D场景。用户可自由控制视角的位置及角度，甚至以第一人称方式进行场景漫游； 逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术，高度接近实际环境下的机器人运动状态，大大简化实际机器人调试过程； 实时运行调试。运行时，依据实际运行情况，调整机器人参数，帮助用户快速实现理想中的效果； 自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件，进行机器人搭建，可自行编辑3D训练比赛场地，所想即所得； 单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人，自由组队进行队伍间对抗；
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法 摘要：通用机器人视觉检测站中的机器人是整个测量系统中产生误差的最主要环节，而机器人的连杆参数误差又是影响其绝对定位精度的最主要因素。借助高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量设备——激光跟踪仪，及其功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件，并利用串联六自由度机器人运动的约束条件，重新构建起D-H模型坐标系，进而对运动学参数进行修正，获得关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系，以提高机器人的绝对定位精度，最后通过进一步验证，证明取得了较为理想的标定结果。 关键词：视觉检测站；工业机器人；绝对定位精度；激光跟踪仪；D-H模型； Robot kinematic parameters calibration based on D-H model Wang Yi (State key laboratory of precision measuring technology and instruments, Tianjin University, 300072,China) Abstract：Robot for universal robot visual measurement station is the most primary part causing errors in the entire system and link parameter errors of industrial robot have a great influence on accuracy. Employing laser tracker, which can offer highly accurate measurement and implement ADM (absolute distance measurement), as well as relevant software, making use of movement constrain of series-wound six-degree robot, D-H model coordinates were rebuilt. Accordingly, kinematic parameters were modified, and precise mapping from joint variables to the center of the end-effector in base coordinate was obtained and accuracy got improved. At last, result is proved acceptable by validation. Keywords: visual measurement station; industrial robot; accuracy; laser tracker; D-H model; 引言：随着立体视觉技术的不断完善与发展，利用机器人的柔性特点，发展基于立体视觉的通用测量机器人三维测试技术逐渐成为各大机器人生产厂家非常重视的市场领域。机器人的运动精度对于工业机器人在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人系统误差的主要环节，它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的。通常，机器人以示教再现的方式工作，轨迹设定好之后，只在某些固定点之间运动，这种需求使得机器人的重复性精度被设计得很高，可以达到0.1毫米以下，但是绝对定位精度很差，可以到2、3毫米，甚至更大[1]。常见的标定方法可分为三类：一、建立微分运动学模型，然后借助标定工具测量一定数目的机器人姿态，最后用反向求解的方法得到真实值与名义值之间的偏差[2]。二、使用标定工具获得一系列姿态的数据，然后对数据用线性或非线性迭代求解的方法得到机器人几何参数的修正值[3],[4]。 三、建立机器人运动学模型，用直接测量的方法修正模型参数[5],[6],[7],[8]。最近，世界著名工业机器人生厂商ABB公司运用了莱卡激光跟踪仪以保证其产品的精度。使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其它的测量工具，从而也就省去了标定测量工具的繁琐工作；同时，这一方法是对机器人的各个运动学几何参数进行修正，结果会使机器人在整个工作空间内的位姿得到校准，而不会像用迭代求解的方法那样，只是对某些测量姿态进行优化拟合，可能会造成在非测量点处残留比较大的误差；再者，随着机器人的机械磨损，机器人的运动学参数需要重新标定，而激光跟踪仪测量系统配置起来简单，特别适合于工业现场标定。正是鉴于以
机器人系统常用仿真软件介绍
1 主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真)： 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人，可以被用于研究和教学，除此之外，USARSim是RoboCup救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎ODE(Open Dynamics Engine)，支持三维的渲染和物理模拟，较高可配置性和可扩展性，与Player兼容，采用分层控制系统，开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用UDP协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费GPL条款，多平台支持可以安装并运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。 1.2 Simbad Simbad是基于Java3D的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器，可定制环境和自定义配置传感器模块等功能，采用3D虚拟传感技术，支持单或多机器人仿真，提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易，开源，基于GNU协议，不支持物理计算，可以运行在任何支持包含Java3D库的Java客户端系统上。 1.3 Webots Webots是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台，主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人，可以自定义环境大小，环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置，它使用ODE检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性，可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可供选择的仿真传感器和驱动器，机器人的控制器可以通过内部集成化开发环境或者第三方开发环境进行编程，控制器程序可以用C，C++等编写，机器人每个行为都可以在真实世界中测试。支持大量机器人模型如khepera、pioneer2、aibo等，也可以导入自己定义的机器人。全球有超过750个高校和研究中心使用该仿真软件，但需要付费，支持各主流操作系统包括Linux, Windows和MacOS。 1.4 MRDS-Microsoft Robotics Developer Studio MRDS是微软开发的一款基于Windows环境、网络化、基于服务框架结构的机器人控制仿真平台，使用PhysX物理引擎，是目前保真度最高的仿真引擎之一，主要针对学术、爱好者和商业开发，支持大量的机器人软硬件。MRDS是基于实时并发协调同步CCR(Concurrency and Coordination Runtime)和分布式软件服务DSS(Decentralized Software Services)，进行异步并行任务管理并允许多种服务协调管理获得复杂的行为，提供可视化编程语言(VPL)和可视化仿真环境(VSE)。支持主流的商业机器人，主要编程语言为C#，非商业应用免费，但只支持在Windows操作系统下进行开发。 1.5 PSG-Player/Stage/Gazebo
1.3 简介能力风暴机器人仿真系统
1.3 简介能力风暴机器人仿真系统 学习智能机器人，除了需要具备机器人硬件外，还需要为机器人编写控制程序，并在场地上进行反复调试。但如果手边暂时既无机器人实物，又无真实场地，我们还能学习和研究机器人吗？答案是可以的。能力风暴机器人为我们提供了一套仿真的VJC系统软件，在这个仿真系统中，我们不仅可以为机器人编写各种控制程序，同时还可以将编制的程序下载到仿真的机器人上，并在仿真的场地中进行模拟运行和调试,体验机器人控制的全过程。本节我们就来认识VJC系统仿真版软件，学习构建仿真场地和仿真调试的方法。 1.3.1 认识VJC系统仿真版软件 1．VJC系统仿真版软件的安装 安装VJC系统仿真版的方法很简单，先打开本书配套光盘上的“VJC系统软件\VJC1.5仿真版”文件夹，找到名为“setup.exe”的安装程序，用鼠标双击该文件，系统自动将其安装到C盘中，并在Windows桌面上自动生成一个“VJC1.5仿真版”的快捷方式图标，软件安装的路径默认为：C:\program files\VJC1.5仿真版。如果我们使用的计算机中已经安装了VJC系统仿真版，则安装这一步可以跳过不做。 2．VJC系统仿真版软件的启动及主界面 当需要进入VJC系统仿真版编程时，只要双击桌面上的“VJC1.5仿真版”快捷方式图标，就可进入VJC的编程环境。 VJC编程环境的主界面见图1-3-1。可以看出，主界面包含了以下几个部分： （1）菜单栏及工具栏：位于窗口上方，工具栏上除了新建、打开、保存等常规按钮外，还有仿真、JC代码、缩放等按钮,见图1-3-2所示。 （2）模块库：位于窗口左侧，共有五大类模块库，其中：执行器模块库包含了基本动作模块，这是控制机器人运动的基本模
SCARA机器人的运动学分析
电子科技大学 实验报告 学生姓名： 一、实验室名称：机电一体化实验室 二、实验项目名称：实验三SCARA 学号： 机器人的运动学分析 三、实验原理： 机器人正运动学所研究的内容是：给定机器人各关节的角度，计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。 各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程） 为： n x o x a x p x 0T40T1 11T2 22T3 d3 n y o y a y p y （ 1-5）3T4 4= o z a z p z n z 0001 式 1-5 表示了 SCARA 手臂变换矩阵0 T4，它描述了末端连杆坐标系{4} 相对基坐标系 {0} 的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。 式中： n x c1c2c4s1 s2 c4 c1 s2s4s1 c2 s4，n y s1c2 c4c1 s2 c4s1 s2 s4c1c2 s4 n z0 ， o x c1c2 s4s1 s2 s4 c1 s2 c4s1c2c4 o y s1c2 s4c1 s2 s4s1 s2 c4c1c2c4 o z0 ， a x0 ， a y0 ， a z1 p x c1 c2 l2s1s2l 2c1l 1， p y s1c2 l 2 c1 s2 l 2 s1l1， p z d3 机器人逆运动学研究的内容是：已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。
1）求关节 1： 1 A arctg 1 A 2 l 12 l 22 p x 2 p y 2 arctg p x 式中：A p x 2 ； p y 2l 1 p y 2 2）求关节 2： 2 r cos( 1 ) arctg ) l 1 r sin( 1 式中 ： r p x 2 p y 2 ；arctg p x p y 3). 求 关节变 量 d 3 令左右矩阵中的第三行第四个元素（3.4）相等，可得： d 3 p z 4). 求 关节变 量 θ 4 令左右矩阵中的第二行第一个元素（1.1,2.1 ）相等，即： sin 1 n x cos 1n y sin 2 cos 4 cos 2 sin 4 由上式可求得： 4 arctg ( sin 1 n x cos 1 n y )2 cos 1 n x sin 1 n y 四、实验目的： 1. 理解 SCARA 机器人运动学的 D-H 坐标系的建立方法； 2. 掌握 SCARA 机器人的运动学方程的建立； 3. 会运用方程求解运动学的正解和反解； （ 1-8） （ 1-9） （ 1-10 ）
机器人系统常用仿真软件介绍概要
1 主要介绍以下七种仿真平台 (侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真 : 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim 是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人, 可以被用于研究和教学, 除此之外, USARSim 是 RoboCup 救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎 ODE(Open Dynamics Engine,支持三维的渲染和物理模拟,较高可配置性和可扩展性,与 Player 兼容,采用分层控制系统, 开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用 UDP 协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费 GPL 条款, 多平台支持可以安装并运行在Linux 、 Windows 和 MacOS 操作系统上。 1.2 Simbad Simbad 是基于 Java3D 的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器, 可定制环境和自定义配置传感器模块等功能, 采用 3D 虚拟传感技术, 支持单或多机器人仿真,提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易,开源,基于 GNU 协议,不支持物理计算,可以运行在任何支持包含 Java3D 库的 Java 客户端系统上。 1.3 Webots Webots 是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台, 主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人, 可以自定义环境大小, 环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置,它使用 ODE 检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性, 可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可
六自由度机器人运动分析及优化
本 科 毕 业 论 文（设 计） 题目（中文 学学 完 成 日 期 2017 年 3 月
摘要 当今世界，工业化日趋成熟，机器人被广泛的应用于各行各业，最常用到的有四自由度，六自由度机器人。其中，自动化水平较高的汽车制造业和电子装配业经常常常要使用到六自由度机器人。因此对其实施运动学分析，是进行科学设计的基础，也是降低机器人生产成本，优化机器人运动轨迹的前提。此外，运动分析过程有效的模拟了机器人运动的真实情况，有助于提供有效可行的优化方案。本文主要探讨六自由度机器人的运动分析，基于经典运动学以及动力学的研究方法概念，首先通过solidworks做出机械臂各部分零件的三维图，然后通过SolidWorks装配出六自由度机器人机械臂的三维模型。通过该模型，选取其中一个关节和底座，并用SolidWorks进行运动学分析，对六自由度机器人的运动学和动力学计算方法进行了仿真验证。最后得到六自由度机器人的其中一个自由度的运动仿真实例。通过对该运动仿真实例的分析，得出最佳优化方案，优化机器人的运动轨迹提高机器人的工作效率，降低机器人生产成本。 关键词：六自由度机器人；运动分析；运动学；动力学；
目录 摘要 ...................................................................................................................... I Abstract ............................................................................... 错误！未定义书签。 1 绪论 (1) 1.1课题背景及研究的目的和意义 (1) 1.2机器人国内外发展现状及前景展望--------------------------1 2 六自由度机器人运动学分析 (3) 2.1六自由度机器人的结构-------------------------------------1 2.2运动学分析----------------------------------------------1 3 六自由度机器人动力学分析 (5) 3.1综述----------------------------------------------------3 3.2机器人动力学研究方法------------------------------------3 3.2.1几项假设-------------------------------------------3 3.2.2目标-----------------------------------------------4 3.2.3数学工具-------------------------------------------5 3.3动力学原理----------------------------------------------3 3.3.1动量矩定理---------------------------------------------------------------6 3.3.2能量守恒定理--------------------------------------6 3.3.3牛顿—欧拉方程------------------------------------7 3.3.4达朗贝尔原理--------------------------------------8 3.3.5拉格朗日方程--------------------------------------9 4 六自由度机器人运动分析 (8) 4.1运动分析的软件背景---------------------------------------3 4.2运用solidworks建立六度机器人机械臂三维模型--------------9 4.3运用Solidworks对进行运动学分析-------------------------4 5 结论 (14)
科技前沿,仿真机器人
最 特 别 的 机 器 人 科 技 前 沿 课程： 院系： 专业： 学号： 姓名：
最特别的机器人科技前沿 【摘要】机器人的出现和发展，对全人类的发展具有巨大的影响，机器在很多领域代替了人类自己操作，使人类的生产能力有了巨大的提高。随着智能机器人的研发，机器人将进一步为人类服务，本文主要从不同的角度来探讨仿真机器人的科技原理、应用、影响等。 【关键字】机器人；仿真系统；应用；影响；发展 在人类的发展史中，机器人扮演着一个十分重演的角色，特别是现代机器人。首先让我们来看看机器人的发展简史。追根溯源，早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。在近代，随着第一次、第二次工业革命，各种机械装置的发明与应用，世界各地出现了许多“机器人”玩具和工艺品。这些装置大多由时钟机构驱动，用凸轮和杠杆传递运动。1920年，捷克作家K.凯比克在一科幻剧本中首次提出了ROBOT （汉语前译为“劳伯”）这个名词。现在已被人们作为机器人的专用名词。1950 年美国作家I.阿西莫夫提出了机器人学（Robotics）这一概念，并提出了所谓的“机器人三原则”，即：1.机器人不可伤人；2.机器人必须服从人给与，但不和（1）矛盾的指令； 3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不受伤害。上世纪50，60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶；70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展；进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人—有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进随着时代的发展，入了使用化，在工业生产中得到广泛应用。 科学技术日新月异。我们的生活无时无刻不在被新科学新技术影响着、改变着。特别是机器人的到来更是给我们的生活和生产带来了巨大的改变，特别是工业机器人在日本大力发展之后，机器人的发展迎来了一个新的春天。到了上世纪80年代，随着科技的进步，人类也在不断地研发更人性化的机器人，于是科学家们开始了研究一种新的机器人——仿真机器人。 随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。既然有了技术，人类就想最大化利用他们，让他们具有更大的价值，于是人们将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——仿真机器人。 看到仿真机器人这几个字，就能想到仿真技术是他的核心技术，那么下面就针对机器人仿真技术和仿真设计简单介绍一下。机器人系统仿真是指通过计算机对实际的机器人系统进行模拟的技术。通过计算机对实际的机器人系统进行 模拟。机器人系统仿真可以通过单机或多台机器人组成的工作站或生产线。仿真可以通过交互式计算机图形技术和机器人学理论等，在计算机中生成机器人的几何图形，并对其进行三维显示，用来确定机器人的本体及工作环境的动态变化过程。通过系统仿真，可以在制造单机与生产线之前模拟出实物，缩短生产工期，可以避免不必要的返工。在使用的软件中，工作
仿真机器人教案
第一课：教学机器人概述 教学目标： 1.了解机器人的概念。 2.了解机器人的分类和用途。 3.培养对机器人的浓厚兴趣。 教学重点： 培养对机器人的浓厚兴趣。 教学难点： 了解机器人的概念。 教学准备： 机器人仿真环境软件。 教学过程： 一、问题导入 同学们，你们队机器人感兴趣吗？你们队机器人了解多少？ 二、了解机器人 1.讲授机器人概念 机器人是一种可编程的多功能智能操作机，或是为了执行不同的任务而具有电脑控制功能、可编程实现动作的专门系统。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。一般由
执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。 2.通过图片让同学们了解各种机器人 民用机器人 娱乐用机器人 军事用机器人
科研机器人 三、练习巩固 和同学们一块通过网络了解更多的关于机器人比赛的信息 四、布置作业 设计一个自己想象中的机器人，画图并用文字说明自己的机器人有什么功能和特点。
第二课：教学机器人和仿真机器人教学 教学目标： 了解教学机器人的概况。 了解能力风暴教学机器人的身体结构。 了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。 教学重点： 了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。 教学难点： 了解能力风暴教学机器人的身体结构。 教学准备： 机器人仿真环境软件。 教学过程： 一、问题导入 我们没有购买到机器人怎么办？我们怎么才能够通过其他渠道学习和了解机器人。 二、通过网络展示教学机器人概况 随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多学校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程或开设了兴趣实践小组。为了满足这些需要，人们专门研制出来了各种适合于教学用的机器人。
机器人工具箱仿真程序-Matlab
附录 MATLAB 机器人工具箱仿真程序： 1）运动学仿真模型程序（Rob1.m） L1=link([pi/2 150 0 0]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.360docs.net/doc/d04579837.html,=’MOTOMAN-UP6’ % 模型的名称 >>drivebot(r) 2）正运动学仿真程序（Rob2.m） L1=link([pi/2 150 0 0]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.360docs.net/doc/d04579837.html,= ’MOTOMAN-UP6’ t=[0:0.01:10];%产生时间向量 qA=[0 0 0 0 0 0 ]; %机械手初始关节角度 qAB=[-pi/2 -pi/3 0 pi/6 pi/3 pi/2 ];%机械手终止关节角度 figure('Name','up6机器人正运动学仿真演示');%给仿真图像命名q=jtraj(qA,qAB,t);%生成关节运动轨迹 T=fkine(r,q);%正向运动学仿真函数 plot(r,q);%生成机器人的运动
figure('Name','up6机器人末端位移图'） subplot(3,1,1); plot(t, squeeze(T(1,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('X (m)'); subplot(3,1,2); plot(t, squeeze(T(2,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('Y (m)'); subplot(3,1,3); plot(t, squeeze(T(3,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('Z (m)'); x=squeeze(T(1,4,:)); y=squeeze(T(2,4,:)); z=squeeze(T(3,4,:)); figure('Name','up6机器人末端轨迹图'); plot3(x,y,z); 3）机器人各关节转动角度仿真程序：（Rob3.m） L1=link([pi/2 150 0 0 ]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0 ]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.360docs.net/doc/d04579837.html,='motoman-up6' t=[0:0.01:10]; qA=[0 0 0 0 0 0 ]; qAB=[ pi/6 pi/6 pi/6 pi/6 pi/6 pi/6]; q=jtraj(qA,qAB,t); Plot(r,q); subplot(6,1,1); plot(t,q(:,1)); title('转动关节1'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,2); plot(t,q(:,2)); title('转动关节2'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,3); plot(t,q(:,3)); title('转动关节3'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,4); plot(t,q(:,4)); title('转动关节4'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad' ); subplot(6,1,5); plot(t,q(:,5)); title('转动关节5'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,6); plot(t,q(:,6)); title('转动关节6'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); 4）机器人各关节转动角速度仿真程序：（Rob4.m） t=[0:0.01:10]; qA=[0 0 0 0 0 0 ];%机械手初始关节量 qAB=[ 1.5709 -0.8902 -0.0481 -0.5178 1.0645 -1.0201]; [q,qd,qdd]=jtraj(qA,qAB,t); Plot(r,q); subplot(6,1,1); plot(t,qd(:,1)); title('转动关节1'); xlabel('时间/s'); ylabel('rad/s');
机器人学得一个正运动学的例子
PUMA 560 运动分析（表示） 1 正解 PUMA 560是属于关节式机器人，6个关节都是转动关节。前3个关节确定手腕参考点的位置，后3个关节确定手腕的方位。 各连杆坐标系如图1所示。相应的连杆参数列于表1。 图1机器人模型 PUMA560每个关节均有角度零位与正负方向限位开关，机器人的回转机体实现机器人机体绕0z 轴的回转（角1θ），它由固定底座和回转工作台组成。安装在轴中心的驱动电机经传动装置，可以实现工作台的回转。大臂、小臂的平衡由机器人中的平衡装置控制，在机器人的回转工作台上安装有大臂台座，将大臂下端关节支承在台座上，大臂的上端关节用于支承小臂。大臂臂体的下端安有直流伺服电机，可控制大臂上下摆动（角2θ） 。小臂支承于大臂臂体的上关节处，其驱动电机可带动小臂做上下俯仰（角3θ），以及小臂的回转（4θ）。机器人的腕部位于小臂臂体前端，通过伺服电动机传动，可实现
腕部摆动（5θ）和转动（6θ）。 下图为简化模型： 图2机器人简化模型 表1 机械手的末端装置即为连杆6的坐标系，它与连杆坐标系的关系可由16i T -表示： 1 616i i i T A A A -+= (1) 可得连杆变换通式为： 111111111100001i i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s a s c c c s d s T s s c s c d c θθθαθαααθαθααα-----------????--? ?=???? ?? (2) 据连杆变换通式式(2)和表1所示连杆参数，可求得各连杆变换矩阵如下： 1 616 i i i T A A A -+=