基于MATLAB的RPR型机器人工作空间仿真

谢飞亚+伞红军+王晟

摘要：以三自由度RPR型“柱坐标”机器人为研究对象，用D-H参数来描述该机器人的运动学问题，利用MATLAB的机器人学工具箱Robotics toolbox对机器人进行转换矩阵求解。采用随机抽样生成关节参数的蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行求解。结果证明，机器人工作空间合理，生成的数据为后面控制系统设计，轨迹规划，动力学分析，误差标定等的研究提供了重要的分析依据。

Abstract： A three-degree-of-freedom RPR type "cylindrical coordinate" robot is used as the research object. The kinematics problem of the robot is described by D-H parameter. The robot matrix is solved by using Robotics toolbox of MATLAB. The Monte-Carlo method is used to solve the working space of the robot by randomly sampling the joint parameters. The results show that the working space of the robot is reasonable， and the generated data provide important analytical basis for the research of the following control system design， trajectory planning， dynamic analysis and error calibration.

关键词：柱坐标机器人；运动学正解；工作空间

Key words： cylindrical coordinate robot；kinematic positive solution；workspace

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0116-02

0 引言

现有机器人分为串联机器人，并联机器人。机器人的研究常涉及运动学、精度、控制、轨迹规划、机构设计、系统集成等方面的研究工作。由于机器人的分析涉及一系列矩阵求解，而MATLAB作为一种求解软件为机器人的数学模型求解提供了强大的运算功能。而澳大利亚科学家Peter Corke等人开发MATLAB Robotics Toolbox工具箱为机器人的运动学、动力学、轨迹规划等提供了简化计算的功能函数，该工具箱还能对机器人进行图形仿真，并能分析实验结果。

本研究以三自由度RPR型“柱坐标机器人为研究对象”，分析机构的各关节，用四个运动学参数描述。确定一个变量和三个固定参数，并建立了标准的D-H[1]坐标系得到连杆变换矩阵，求解出运动学正解，并用MATLAB对正解数学模型进行计算。以建立的运动学正解为基础，采取离散关节变量的蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行求解。以上的分析为后面的控制系统及其误差分析提供了理论依据。……