D-H参数表生成三维机器人模型仿真系统

一般情况下机器人各关节的几何关系可通过Denavit-Hartenberg(D—H)参数表来描述。提出了采用D—H参数表生成机器人三维虚拟模型的方法,实现了机器人的可视化,仿真系统提供的视图控制功能和场景漫游功能实现了多角度、多位置观测机器人模型的几何结构,并为机器人操作人员提供了训练仿真平台。该系统可以作为机器人学习和机器人结构设计的辅助工具。

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第 1卷第 4期 8

系统仿真学报@ J u n l f y tm i lto o r a se S mu a in oS

V 1 8No 4 0 l l . A p .2 0 r, 0 6

2 0年4月 06

D H参数表生成三维机器人模型仿真系统 . 周芳芳樊晓平叶，,榛 (. I中南大学信息科学与_程学院自动化工程研究中心，【湖南长沙 4 0 7;. 105 2清华大学智能技术与系统国家重点实验室.北京 10 8 ) 00 4

摘要l一般情况下机器人各关节的几何关系可通过 D nvt aebr D H) eai H r ne - t g(—参数表来描述。

提出了采用 DH参截袁生成机器人三堆虚拟模型的方法，实现了机器人的可视 仿真系统提供—匕 的视图控制功能和场景漫游功能实现了多角度、多位置观测机器人模型的几何结构，并为机器人操作人员提供了训练仿真平台该系统可以作为机器人学习和机器人结构设计的辅助工具

关键词：DH参数；机器人运动学；机器人；三维模型；可视化— 中图分类号：T 3 1 P 9. 9文献标识码：A 文章编号 z 047 l 20 ) 40 4 10—3 X(0 6 0—970 4

3 D r u l b tcM o e n r t d b H a a t r - Vit a Ro o i d l Ge e a e yD- P r me e s Z HOUF n - n F NXa -ig, EZ e a g a g,A iopn Y h n f (. ee rh e t fr tm t n n ier g C n a S uh i r t, h n s a 1 0 5 C ia 1 sac C ne o Auo ai E gn ei, e t l o t Unv s y C a g h 4 0 7, hn; R r o n r ei

2 pr n o o p t c nead ehoo yTi h a nvrt, e ig10 8, hn) a metf m ue Si c c nlg, s gu i syB ln 00 4 C ia De t C r e nT n U ei j Ab ta t Ge eal, o o np ltr r e merc l e cie yteDe a i sr c; n r l r b t y ma iuao saeg o t al d s r db h n vt i y b—Hatn eg( H)p a tr a l. h re b r D— r a mee be T e t

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o a ouaosrm aD- aa tra l w s rp sdt rai a e eae he-i ni a r a d lo rb t n￣l rfo - o - o vt m m t Hp rme be a p o oe e le et o z t i ai t no b tT efn t n f o t ln i p it n ri eseepo ie ytes lt nss m h vs l ai r o. h ci so nr l gve on dcu ei t n rvddb i a o yt e u z o fo u o c oi w a s nh c h mu i e i l me t dt e o s r ai n o er b t mp e n e b e v t ft o o d l r m n lsa d p st n n h yc u d b s da r i i g s s m o o e h o h mo e o a g e n o i o sa d t e o l e u e s an n y t f rt s f i t e h wh n p lt d r b t Ge e a i n o - v r a r b tmo e so e o e u e u o l i e su y o o o n p lt r o ma i u a e o o n r t f3 D i u l o o d l n ft s f l o s n t t d fr b tma i u a o s o t i h t h a d te sr c u a e i n n tu t r l s . h d g

Ke r s d- p a t r; o o i e t s r b t n p l t r t r e-i n i n l d l v s ai ai n y wo d: - a me e s r b t n ma i; o o h r k c ma i u ao; h e - me so a d mo e; iu l t z o

引言 机器人各关节的，何关系一般通过 D— L H参数表来捕述。 在进行机器人运动学、动力学分析时，先定义各关节的坐标系，分析机器人的结构，然后获取 D— H参数表…。本文提出利用 D H参数表生成三维机器人模型则是反其道而行之， 通过设置 D H参数表来生成三维机器人模型，实现机器人— 可视化。

机器人模型仿真系统的功能结构。接着重点介绍 DH参数表生成机器人模型的算法和仿真系统主要功能的实现方法，并 通过实例演示该系统的仿真结果。最后是小结和展望未来进 一

步的丁作。

l D H参数 .

在进行机器人运动学和动力学分析时，需要在空间中为机器人的每一个杆件设置绝对坐标系或相对于机器人机座设置相对坐标系，从而获得每一个杆件的位置及方向。D H -参数表则用来描述机器人每一个杆件的几何结构。 D H参数由 a、、0四个分量组成，分别描述了机—、d器人某一杆件相对于前一个杆件的位姿 (位置和方向)。不同的机器人采用不同的方法为机器人杆件设置坐标系，因 此，将导致一个不同的 D H参数定义和参数指标。下而将—

D—参数表生成j维机器人模型仿真系统能够高效、 H

简便的实现三维机器人的可视化。该系统不仅能够测试机器 人结构的各种几何参数的结果，还可以通过鼠标、键盘操作三维机器人模型的各个关节的运动。因此，该系统可作为机器人学习和设计的辅助工具。机器人作为一个多交叉领域的学科，在世界范围内的各个不同的学术机构得到应用，中其包括各种工程领域、计算机科学以及数学等等[。因此， H D. 参数表法生成机器人模型是非常有意义的。

结合本文的应用，简要介绍该仿真系统实现机器人可视采用 的 D H参数的定义【。— 3 J假设机器人中两个相邻的关节为 .和，。关节将通过关节的参数 d、a、啦、0唯一确定，如图 1 i f i所示

本篇论文首先简要介绍该仿真系统生成机器人模型的 DH参数的定义方法。然后概括的描述 D H参数表生成三维

关节的 Z向量设置在活动关节的中心轴上； 收藕日期：20 -11 0 50 -5回日期l 0 5o-1 20 -92基金项目：国自家然科学基金资助项目 (97 03 69 50 )

d是偏移量，沿 .方向上两个坐标轴轴心的垂直距离 1表示。d是代数变量，可正可负。如果关节 i是旋转关节，d 是常数；而关节 i是移动关节时，则 d是变量； a是几何参数，表示杆件 L的长度。用 .轴到轴的 f 1 垂直距离度量。参数 a是正的常量：

作者简介l周芳芳( 8-女， 1 0) 9,湖南株洲人，博士生，研究方向为虚拟现实技术，计算机网络，机器人仿真等：樊晓平( 6 )浙江绍兴人。 1 1, 9博士 教授，博导，究方向为智能控制，智能机器人，虚拟现实技术，智能交研

通系统等；叶糠( 4一女， 1 5,江苏人， 9 )教授，研究方向为系统仿真

,临场 感及虚拟现实技术等

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