經(jīng)過一周的研究，對六自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，利用高中幾何知識進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)，無償貢獻(xiàn)出源碼，可以為入門的小伙伴提供一定的借鑒。

1、機(jī)械臂物理參數(shù)的介紹

買了一個(gè)六軸機(jī)械臂，作為研究對象，如果是其它機(jī)械臂，可以根據(jù)機(jī)械臂參數(shù)對代碼進(jìn)行修改。機(jī)械臂參數(shù)如下圖所示：

1.1 部件與尺寸

機(jī)械臂如下部件組成，描述如下表：

 

1.2坐標(biāo)系與工作空間

機(jī)械臂坐標(biāo)系為數(shù)學(xué)直角正交坐標(biāo)系，每個(gè)電機(jī)繞著旋轉(zhuǎn)軸順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（正負(fù)已經(jīng)標(biāo)明），方向如圖1所示，機(jī)械臂通過6個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了一系列復(fù)雜的動(dòng)作。

注意，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的原因，有的電機(jī)不能進(jìn)行-180°至180°的全向轉(zhuǎn)動(dòng)，會有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍（見上表），這部分沒有在python中實(shí)現(xiàn)。

2、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制原理

機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制要解決的核心問題是，知道物體的位置（中心點(diǎn)坐標(biāo)）和主方向（物體的朝向），程序自動(dòng)計(jì)算出機(jī)械臂的各關(guān)節(jié)角度位置，將夾具準(zhǔn)確送到抓取物體的部位，并對準(zhǔn)抓取位置。

2.1機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的幾何簡化

總體思路是將機(jī)械臂的三維復(fù)雜運(yùn)動(dòng)簡化為兩個(gè)平面的運(yùn)動(dòng)，即“俯視平面”，和“垂直平面（本文叫R平面）”的組合運(yùn)動(dòng)。如下兩個(gè)圖：

2.2機(jī)械臂抓手即后面末關(guān)節(jié)的處理

普通的機(jī)械臂的控制以上就可以，由于我手頭這個(gè)大象機(jī)械臂比較特殊，有很多90度彎頭，而且抓手安裝后，他的落點(diǎn)與上面簡化模型就出現(xiàn)了偏差，因此，還需要根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際的物體坐標(biāo)和主方向，計(jì)算出上節(jié)的理想抓手坐標(biāo)點(diǎn)（x,y），然后就能求出全部關(guān)節(jié)的角度了。

3、python源碼

以下是源代碼，可以直接運(yùn)行，本站源碼鏈接：對六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制及python實(shí)現(xiàn)（源碼）

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按鍵盤"O"鍵，進(jìn)入自動(dòng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊右側(cè)圖機(jī)械臂工作半徑范圍的地方，自動(dòng)計(jì)算各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。

再按鍵盤"O"鍵，退出鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算模式，改用監(jiān)盤手動(dòng)操作模式，按“[”或 “]”，是J1關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，按“w"是擴(kuò)大作業(yè)半徑，按"s"是縮小作業(yè)半徑。

運(yùn)行效果如下：

以上是幾何實(shí)現(xiàn)。

六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制及python實(shí)現(xiàn)

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