第41卷 第10期 2019-10 【87】
ഗටຍ
基于MATLAB的UR10机器人运动学分析与仿真
Kinematics analysis and simulation of UR10 robot based on MATLAB
马国庆
,
刘 丽
,
于正林
,
曹国华
,
陈李博
MA Guo-qing, LIU Li, YU Zheng-lin, CAO Guo-hua, CHEN Li-bo
(
长春理工大学 机电学院
,
长春 130022
)
摘 要:
对UR10智能协作机器人进行建模,求解出机器人D-H模型参数,并对机器人的正逆运动学进行
分析,求解出正运动学中各连杆坐标系的转换关系以及逆运动学中各关节转角。并用MATLAB
进行了运动学的仿真与方程计算,通过数据对比分析验证了其运动学模型与运动学正逆运算的
正确性。
关键词:
工业机器人;运动学;MATLAB;仿真
中图分类号:
N34
文献标识码
:A
文章编号:
1009-0134(2019)10-0087-04
收稿日期:2018-09-06
基金项目:
吉林省科技发展计划资助项目
(
20160204016GX
,
20180623031TC
);
吉林省省级产业创新专项资金资助
项目
(
2016C088
;
2017C045-2
);
长春理工大学青年科学基金
(
XQNJJ-2016-04
;
XQNJJ-2017-11
);
吉林
省教育厅十三五科学技术项目
(
JJKH20170626KJ
)
作者简介:
马国庆
(
1988
-
),
男
,
讲师
,
博士
,
研究方向为机器人技术
。
0 引言
随着现代工业向智能化与自动化发展,机器人逐渐
融入社会各个领域,而机器人的运动学分析是机器人技
术研究中的关键环节
[1]
。本文以UR10为实验平台,对机
器人各关节与各连杆进行分析并得到相关的模型参数,
并将其应用于正逆运动学求解。用MATLAB进行运动学
仿真,通过数据对比分析验证模型与运动学正逆运算的
正确性。为机器人轨迹规划研究提供必要的理论基础。
1 机器人模型的空间描述与变换关系
要使机器人实现空间中某种运动,首先需要建立一
个基坐标系,然后在此基坐标系下研究机器人的相关参
数和位姿。
1.1 机器人位姿及坐标系描述
在建立了基坐标系后,可通过3×1的位置矢量表
示空间中某一点的位置。假设基坐标系{A}中任意一点
p,其位置矢量可用
A
p表示:
(1)
其中p
x
,p
y
,p
z
为p点在基坐标系{A}中的位置分
量。但对机器人进行研究时不仅需要该点的位置坐标,
还需要方位姿态。因此定义某一物体所在的坐标系为
{B},则物体B相对于坐标系{A}的方位可用B的单位矢
量相对于坐标系{A}的方向余弦矩阵表示,具体如下:
(2)
其中
A
B
R
称为旋转矩阵,上下标A、B分别表示坐标
系{A}与{B}。由于三个列矢量均为单位矢量且均互相
垂直,因此为正交矩阵且满足:
1
, 1
AATA
BBB
RRR
−
==
(3)
1.2 机器人坐标系的变换关系
在空间坐标系转换中最为常见的为平移、旋转以
及既平移又旋转的复合变换三种
[2]
。空间点p在空间坐
标系{A}、坐标系{B}和坐标系{C}下的变换关系如图1