机器人技术基础实验及上机指导书机械电子工程实验室2004年8月1实验一齐次变换与HNC-IR机器人运动学建模一、实验目的1、认识串并联机器人的典型结构，掌握串、并联机器人的自由度运算方法。2、熟悉串、并联机器人结构示意图的画法。3、理解齐次变换的物理意义，掌握齐次变换矩阵表示刚体位姿的方法，能正确地进行齐次变换矩阵的运算。4、熟悉D-H表示法，正确确定连杆参数和关节变量，进行运动学建模。二、实验原理及方法齐次变换和运动学建模是机器人运动学的基础。刚体的位姿通过在刚体上建立坐标系来描述。齐次变换矩阵是一个四行四列的矩阵，它的前三列描述刚体的姿态（方向），第四列描述刚体的位置。齐次变换矩阵的乘表示刚体或坐标系间的复合变换，齐次变换矩阵的逆表示反变换。即：如果坐标系{B}相对{A}的齐次变换矩阵是T，那么T－1表示坐标系{A}相对{B}的描述。连杆的功能在于保持其两端的关节轴线具有固定的几何关系，连杆的特征也是由这两条轴线规定的。两轴线的公法线长度就是连杆的长度，两轴线的扭角就是连杆的扭角。两连杆之间的连接关系由两连杆的公法线之间的偏置和夹角描述基于上述D－H法的原理在机器人操作臂的每一连杆（构件）上建立坐标系，确定连杆参数和关节变量，进行运动学建模。三、实验仪器及材料⒈HNC-1R教学机器人2．并联机器人模型3－RPS或6－SPS一部四、实验内容、步骤及数据整理1、观察并联机器人与HNC-IR机器人的结构，了解其动作原理，并绘制其结构简图。2、计算自由度3、对HNC-IR机器人建立连杆坐标系，确定连杆参数和关节变量。相应参数填入HNC-IR连杆参数表。2HNC-1R连杆参数表连杆序号iai−1αi−1diθi关节变量1234564、建立连杆3的齐次变换矩阵23T，求32T，指出23T、32T的物理意义，（要求能正确进行矩阵运算，并能把矩阵运算模型存入软盘，以备后续实验用）。五、思考题⒈齐次变换矩阵的物理意义是什么？⒉怎样进行机器人操作臂的运动学建模？实验二HNC-1R机器人运动学正反解一、实验目的1、掌握机器人运动方程的建立方法2、掌握机器人运动正、反解方法3、了解运动反解中多解的处理方法4、熟悉D-H表示法，正确确定连杆参数和关节变量，进行运动学建模。二、实验原理及方法3在实验一的基础上，连杆坐标系{i}相对{i−1}可看作经过了以下四个子变换：绕xi−1轴的转动，沿xi−1轴的移动，绕zi−1轴的转动，沿zi−1轴的移动。利用矩阵乘的原理得到坐标系{i}相对{i−1}的齐次变换矩阵是ii−1T（即教材上公式3.3），将各个连杆变换ii−1T（i=1,2,……,n）相乘得n0T。根据关节变量qi（i=1,2,……,n）求解n0T的过程是运动学正解，反之已知n0T求解关节变量qi（i=1,2,……,n）则为运动学反解。反解用反变换法通过分离变量得到只含单变量的方程，从而解出关节变量qi（i=1,2,……,n）。三、实验仪器及材料⒈HNC-1R教学机器人2．每组每生电脑一部并配置相应软件四、实验内容、步骤及数据整理1、结合实验一的内容，建立HNC-1R机器运动学方程2、实现HNC-1R机器人正解算法（借助Matlab，在已知qi（i=1,2,……,n）的前提下，求出n0T，这里n＝5）3、实现HNC-1R机器人反解算法（把已求得的n0T作为已知，求得关节变量qi（i=1,2,……,n），与正解结果互相验证）五、思考题1．运动学反解的多重解如何处理？怎样得出最优解？2．运动学反解的数目与机器人的结构本身有无关系？4实验三HNC-1R机器人通信及轨迹规划5一、实验目的1．熟悉与机器人通信的三种主要方法2．掌握机器人语言结构与编程特点3．掌握示教再现法4．了解轨迹规划的基本方法二、实验原理及方法目前与机器人通信的方法主要有三种，即：示教再现，机器人语言和离线编程。示教再现就是根据作业任务的需要，用手或示教盒把机器人的末端执行器移动到所需的位姿上，然后把每一位姿存储起来，编辑并再现示教过的动作，如果示教正确，则机器人可重复再现运行。机器人语言是人－机通信问题的通用方式。它是一种专用语言，用符号描述机器人动作。本实验通过实际编程或示教再现，实现2个茶杯盖子的互换，掌握HNC-1R型教学机器人程序的基本结构，学习示教编程获取各点位置姿态的方法，熟悉机器人及其控制系统的基...
