基于AutoCAD的PUMA560机器人运动学正解分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南通职业大学机械工程学院 作者:徐呈艺

  根据PUMA560 的结构特点,构建了机器人的AutoCAD模型和D-H 坐标系。采用机器人D-H 坐标变换法,建立了PUMA560 机器人运动学正解的数学模型。借助AutoCAD 平台对工件中心位置和姿态进行测量,使得数学模型和CAD 运动仿真得到了较全面的相互验证,对工业机器人运动性能研究具有积极意义。

  机器人运动学是机器人技术的重要构成部分,是运动分析、轨迹控制和离线编程的重要基础。运动学正解研究的是已知机器人各关节的运动变量,求工件中心(末端执行器中心)相对基坐标系位姿的问题。

1、CAD 模型与D-H 坐标系的建立

  (1) PUMA560 机器人的CAD 建模

  PUMA560 机器人由机座1 和6 个活动杆件构成,具有6 个旋转关节。使用AutoCAD 平台提供的实体建模、实体编辑和布尔运算等功能,可以很方便地建立各个杆件的实体模块(略),根据各个构件的装配关系和位置尺寸可以调整好机器人的初始状态的相对位姿关系,如图1。

  (2)D-H 坐标系的建立

  机座坐标系(X0Y0Z0)连在机座1 上,为简化计算,将其原点O0平移,使O0、O1重合,按照右手坐标系规则建立各活动杆件坐标系,图2 是较简便的一种。

  PUMA560 机器人杆件坐标系的原则可以用转角θi、扭角αi、杆长hi和偏距di 4 个构件参数来描述。zi轴取杆件i 与杆件i+1 副的轴线方向,而xi轴则取沿相邻两z 的公垂线方向。杆长hi是沿xi轴从zi-1轴至zi轴的距离,规定与xi轴正向一致的距离为正。偏距di是沿zi-1轴从xi-1轴至xi轴的距离,规定与zi-1轴的正向一致的距离为正。扭角αi是绕xi轴从zi-1轴至zi轴角位移, 规定从xi轴方向观察逆时针方向的角位移为正。转角θi是绕zi-1轴从xi-1轴至xi轴的角位移,规定从zi-1轴方向观察逆时针方向的角位移为正。

4、结语

  建立了PUMA560 机器人的运动学正解的CAD几何模型与数学模型,通过AutoCAD 对起始和运动后的仿真和测量,使得正解数学模型与CAD 模型仿真在位置和姿态方面得到了较全面的相互验证,对机器人运动性能后续研究工作具有积极意义。

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