探索机器人技术基础：齐次变换与运动学建模实验详解

该文档主要针对机器人技术基础实验，着重于机械电子工程领域的实践学习，包含两个关键实验部分：实验一——齐次变换与HNC-IR机器人运动学建模，以及实验二——HNC-1R机器人运动学正反解。 实验一：齐次变换与HNC-IR机器人运动学建模 1. 实验目的： - 让学生了解并联机器人如3-RPS或6-SPS的基本结构和动作原理。 - 掌握串、并联机器人自由度的计算方法，通过画出结构示意图加深理解。 - 学习齐次变换的概念，理解其作为刚体位姿描述工具的重要性，学会矩阵运算及其在机器人运动中的应用。 - 熟悉D-H表示法，通过实例确定连杆参数和关节变量，进行实际的机器人运动学建模。 2. 实验步骤： - 观察和分析机器人结构，绘制结构简图。 - 建立HNC-IR机器人的连杆坐标系，计算连杆参数和关节变量，填写参数表。 - 计算齐次变换矩阵，如23T和32T，理解它们代表的几何关系和物理意义。 - 学生需能够正确运用矩阵运算，并将结果存储到软盘供后续实验使用。 思考题： - 齐次变换矩阵如何体现物体在空间的旋转和平移？ - 如何运用D-H方法构建并联机器人操作臂的运动学模型？ 实验二：HNC-1R机器人运动学正反解 1. 实验目标： - 掌握机器人运动方程的建立技巧，包括正向运动学和反向运动学。 - 学习处理多解问题的方法，在运动反解中找到合适的解。 - 继续深化对D-H表示法的理解，进行实际的运动学建模。 2. 实验方法： - 在实验一的基础上，分析机器人运动的四个子变换（绕轴转动和沿轴移动），构建坐标系间的齐次变换矩阵。 - 运用这些变换矩阵来解决正反运动学问题，即确定机器人的末端位置或关节角度。 总结： 这个文档提供了一个系统的学习路径，从基础的机器人结构认知、齐次变换概念入手，逐步引导学生进行实际操作和理论联系实际的练习。通过这两个实验，学生将不仅能掌握机器人运动学的基本原理，还能培养计算技能和问题解决能力，为后续深入研究打下坚实的基础。