六自由度搬运机器人正逆运动学和轨迹规划.docx
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2023-07-29
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1 引言
机器人技术是一门综合性的应用技术，涵盖了机械、自动控制理论、机器
视觉等诸多的科学领域。自 20 世纪 90 年代以来，随着机器人制造成本降低和
人工劳动力成本的不断增加，机器人开始广泛的应用于工业、医疗等领域，提
高了产品的质量和效率，也是未来发展的必然趋势，因此对机械臂关键技术的
研究具有极其重要的科研意义。机械臂是工业机器人中最重要的一种类型，由
许多刚性连杆组成，连杆间由关节串联。运动学分析是机械臂控制的关键因素
之一，直接影响到轨迹规划和控制的精度
[2]
。
国内外研究学者针对六自由度机器人的位置正逆解问题均做了大量的研究，
Denavit 和 Hartenberg 早在 1954 年就提出了 DH 方法。该方法可具体分为前置
法及后置法，串联机器人实际上可以看成一系列连杆组成的运动链，该方法是
目前分析串联机器人运动学最多的方法，只需要四个参数就能表达空间中刚体
的的位姿，但使用该方法建立连杆间的坐标系时需要遵循一定的原则。此外还
有其他一些描述机构运动学参数的方法，比如 POE 法，这里不做过多介绍
[1]
。
本文的研究对象是课程指定的六自由度搬运机械臂，通过标准的 D-H 模型
对其进行运动学分析求解和轨迹规划，并通过 Matlab 进行可视化仿真，为后续
的机械臂运动和控制的系统设计奠定基础。
2 机械臂结构参数
2.1 机械臂结构参数建立
本文所构建和仿真的 6 自由度搬运机器人的结构及其 D-H 坐标系如图 2.1
图 2.2 所示，其中关节 1、2、3、4、6 为转动关节，关节 5 为滑动关节。关节
1 所在的坐标系与世界坐标系重合，d1 = 300mm,a2 = 200mm,a3= 150mm,d5 的
伸缩范围是 0 到 150mm。
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