基于Matlab的机器人运动学三维图形仿真 由于人脑拥有处理视觉信息所需要的高度能力，而图像又是沟通思维最自然的手段，因此仿真信息的可视化处理成为仿真技术的一项重要内容.机器人三维图形仿真是将机器人仿真的结果以图形的形式显示出来，从而直观地显示出机器人的运动情况，得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息。以往由于机器人图形和动画仿真的计算量很大，在微机上实现效果不佳和根本无法实现，因此大多数的仿真都是基于图形工作站的，由于造价昂贵，从而限制了这项技术的发展。随着计算机硬件以及CAD, CAM技术的飞速发展、加上性能卓越的开放式三维图形标准接口Matlab的出现，使得在PC机上实现高品质的机器人三维图形仿真成为现实.本文正是基于Matlab环境，参照机器人工具箱，建 立了机器人运动学三维图形仿真系统。 1 Matlab机器人工具箱 Matlab是由美国Mathwork:公司于1984年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件.其主要特点有:广泛使用，功能强大，可实现线性代数中的矩阵、向量、数组运算，具备复数运算、高次方程求根、数值插值与拟合、数值积分、常微分方程数值求解、最优化计算等功能;编程效率高，提供丰富的库函数，既有常用的基本库函数，又有专门解决问题的工具箱，可直接调用;界面友好，易学易用，功能丰富，函数命令非常多;开放性性好，易扩充，是一种开放的程序设计开发环境，工具箱中的所有库函数可以直接调用，也可以扩充完善;图形输出丰富多彩，提供了很多高级图形函数，能够绘制出多姿多彩的图形，可以进行颜色填充，从不同的方向考察曲面.Matlab除了传统的交互式编程之外，还提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、图像处理、Windows编程等便利工具，而且实现了繁琐的图形消隐.它适用于多种软硬件平台及操作系统的三维图形标准，用户可以方便地利用这个图形库，开发出高品质动态地三维彩色图像和实时动画.Matlab拥有一个专门的家族产品，称为Matlab工具箱，用于解决不同领域的问题，如信号分析、系统识别与仿真等.这些工具箱通常是M文件和高级Matlab函数的集合，对用户完全是开放.利用工具箱库作为与Windows的接口，开发出具有立体感的三维效果图形软件。 焊接机器人运动学模型 钱江一号焊接机器人运动学三维图形仿真以机器人本体为模型，机器人几何造型外观图如5.3所示.本机器人属于关节式机器人，六个关节都是转动关节.其中，前三个关节确定手腕参考点的位置，后三个关节确定手腕的方位。后三个关节轴线交于一点，作为手腕的参考点.J1轴为铅直方向，J2轴和J3轴呈水平方向且相互平行.J3轴和J4轴交错垂直，J4轴、JS轴和J6轴交于一点。机器人连杆坐标系和连杆参数分别见图3.1所示和表3.1.由钱江一号焊接机器人结构设计的要求得出各关节速度、加速度极值限制如表5.1和表5.2所示. 焊接机器人三维仿真图 钱江一号焊接机器人是一个由底座、底盘、大臂、小臂、手腕和末端关节组成的六自由度系统。由图5.3知，底座和末端关节是圆柱体，其他部分均为多面体。所以，机器人建模过程是按照结构化立体造型的方式进行的，分为六个部件，每个部件按照与前一部件的相对位置来描述.机器人模型层次结构如图5.4所示. 1参数设定 钱江一号焊接机器人三维图形仿真参数如下: (1)位姿参数: alpha:相邻两关节轴线的夹角。 (2)外形参数: sigma:关节类型的描述; 0为旋转形，1为棱柱形。 RP: 关节类型;`R'或‘P' mdh: DH约定;0表示标准的，1表示改进的。 本文仿真时取: sigma=0， `RP'=`R'，mdh=0 (3)结构参数: G:关节重力修正参数。 2机器人驱动力矩 3三维仿真图的生成 利用Matlab就可以生成钱江一号焊接机器人三维仿真图，如图5.6所示.

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