吴传奇，甘 屹，齐从谦

（1.上海理工大学 机械工程学院，上海 200093；2.同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804）

0 引言

六自由度工业机器人适用面广，主要运用于码垛、焊接等工业领域。对其进行运动学建模与仿真，可以降低机器人生产成本与提高执行效率[1]。现阶段多数大型机器人厂商的仿真系统较好的实现了可视化与运动学仿真如ROBCAD[2]，但是封闭程度较高。另一部分则采用MATLAB[3]、ADAMS[4]以及二者结合等方式[5]，适合教学与研究，但其可移植程度较低。其他则采用高级语言如VRML、OpenGL[6]等，但其建模较为困难且3D可视化运动效果较差。

针对现阶段工业机器人仿真系统封闭程度高且3D可视化运动效果较差的缺点，本文以六自由度工业机器人为研究对象，开发了一种运用Microsoft Visual C#2015的WPF设计的3D仿真及控制系统软件。通过该软件对机器人正、逆运动学算法及综合优选算法进行了现场验证并同步了机器人数字模型3D实时仿真与机器人物理本体的实时同步。具有较好的系统可移植性与3D可视化运动效果。

1 运动学分析

1.1 连杆坐标系的建立

本文采用D-H法进行求解。在机器人关节1的轴线上建立基坐标系x0y0z0并依次建立机器人各个连杆的坐标系。x6y6z6为机器人末端坐标系。机器人各关节的D-H坐标系如图1所示。

图1 机器人D-H坐标系

1.2 正运动学求解

机器人DH参数如表1所示。

表1 机器人D-H参数表

机器人相邻杆件间的坐标转换矩阵如式(1)所示。

将各连杆间坐标转换矩阵相乘得机器人末端坐标系到基坐标系的转换矩阵，如式(2)所示。……