工业机器人实验报告

本科生实验报告

实验课程机器人技术基础

学院名称核技术与自动化工程学院

专业名称机械工程及自动化

学生姓名

学生学号

指导教师

实验地点JB201

实验成绩

二〇 15 年 5 月二〇 15 年 5 月

填写说明

1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；

2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；

3、格式要求：

①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。

②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下

2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。字符间距为默认值（缩

放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。

③具体要求：

题目（二号黑体居中）；

摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4

号宋体）；

关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)；

正文部分采用三级标题；

第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行)

1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）

1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）

参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。

目录

第一章实验一 (4)

1.1实验目的 (4)

1.2实验步骤： (4)

1.3实验数据 (4)

1.4实验截图 (4)

1.5实验心得 (5)

第二章实验二 (5)

2.1实验目的 (5)

2.2实验步骤 (5)

2.3实验数据 (5)

2.4理论计算 (6)

2.4.1直接求导法 (6)

2.4.2计算过程 (7)

2.5实验总结和结论 (8)

第三章实验三 (8)

3.1实验目的 (8)

3.2实验步骤： (8)

3.3实验数据 (9)

3.4理论计算 (9)

3.5实验结论 (9)

第四章实验四 (10)

4.1实验目的 (10)

4.2实验步骤 (10)

4.3实验截图 (10)

4.4实验结论 (12)

参考文献 (12)

1.工业机器人 (12)

摘要

理解和掌握6自由度机械手位资变换矩阵、雅可比矩阵的计算方法以及机械手手腕运动方式和机械手网络控制的基本程序结构和方法，利用matlab矩阵计算方法对所学机械手的各种数据进行实际验证。

关键词：斯坦福机械手；雅可比矩阵.

第一章实验一

1.1实验目的

了解斯坦福机械手的PRO/E模型在装配运动空间的具体关节各变量值的设定。

1.2实验步骤：

（1）在PRO/E装配环境中设定机械手各关节变量值，要求：第一个关节转动角度为学号后三位，如2班30号的同学，对应角度为230°，第二到第六个关节的变量值在装配空间进行适当的随机确定。

（2）记录下步骤（1）中各个关节变量值，并利用PRO/E的拍摄快照功能，记录所确定的位置。

1.3实验数据

theta1=210；theta2=-30；d3=0；theta4 =120；theta5=30；theta6 = 60；

1.4实验截图

1.5实验心得

关节变量值确定时主要确定其旋转或移动时的中心轴即可。

第二章实验二

2.1实验目的

理解和掌握6自由度机械手雅可比矩阵的计算方法，通过斯坦福机械手的PRO/E模型在装配运动空间的具体关节速度值，利用matlab矩阵计算方法对所学机械手速度分析进行实际验证。

2.2实验步骤

（1）在PRO/E装配环境中设定机械手各关节变量值，要求：第一个关节转动角度为210°，第二到第六个关节的变量值在装配空间进行适当的随机确定。

（2）记录下步骤（1）中各个关节变量值，并利用PRO/E的拍摄快照功能，记录所确定的位置。

（3）在PRO/E装配环境中设定各个关节的速度值，角速度单位取弧度/秒，移动关节速度取mm/秒，要求第1、2、4、5、6共五个关节的角速度取值为210（奇数关节角速度取正、偶数关节角速度取负），第3个关节是移动关节，移动速度值取为210。

（4）在PRO/E运动仿真环境中测量连杆6的坐标原点的速度并记录。

（5）在实验1的基础上找到T0矩阵，并利用直接求导确定雅可比矩阵的上三行（速度项）和下三行（角速度项）。

（6）利用速度矢量的方法计算雅可比矩阵的前三行（速度项）

（7）在matlab 中利用所求矩阵计算连杆6的坐标原点的速度并记录。

（8）比较步骤（7）和步骤（4）的结果，并进行说明。

2.3实验数据

①各关节变量值：theta1=210；theta2=-30；d3=0；theta4 =120；theta5=30；

theta6 = 60；

②测得的角度和距离：d2=21mm ，theta1=150°；theta2=-60°；d3=69mm ；

theta4 =30°；theta5=30；theta6 =-120°；

③连杆6坐标原点的速度：

Vx=166.777mm/s ，Vy=-180.583mm/s ，Vz=232.4138mm/s

2.4理论计算

2.4.1直接求导法

机械手雅克比矩阵即是反应坐标系6坐标原点的平移速度变换矩阵v J 和坐

标系6坐标原点的转动角速度变换矩阵w J 。

机械手末端连杆的运动速度可以完全由各个关节的速度来确定，与关节变

量有偏导关系。

第一行就是v J （平移变换矩阵），第二行就是w J （旋转变换矩阵）。雅克比矩

阵的变换都是针对坐标系6坐标原点的变换，所以雅克比矩阵的X 方向的变

换就是位姿矩阵06T 第一行第四列的21321d -d S S C （即为原点的X 方向的变换）

对每个关节变量求偏导就是X 方向平移速度雅克比矩阵；同理，雅克比矩阵

y 方向的变换就是位姿矩阵06T 第二行第四列（即为原点的y 方向的变换）对

每个关节变量求偏导就是y 方向平移速度雅克比矩阵；同理，雅克比矩阵z

方向的变换就是位姿矩阵06T 第三行第四列（即为原点的z 方向的变换）对每

个关节变量求偏导就是y 方向平移速度雅克比矩阵；从而得出平移雅克比矩

阵v J 。

w J 是雅克比矩阵的旋转速度部分，就是坐标系6的坐标原点绕61~Z Z 的角

速度矢量的矢量和，即就是各个关节Z 轴相对于基座坐标系的单位向量组成