机械电子工程教研室
所观察的机器手运动轨迹，示意图所示如下所示。
6自由度机械手示意图
六、实验步骤
第一步 当机器人从一个位置到达另一位置的过程中，明确机器人的姿态，分析确定末端执行器的变换矩阵，从而确定末端执行器的位置与速度变化。
第二步 给出机器人相对于固定坐标系的运动几何关系，确定末端执行器的位置与速度的关系。
第三步 给出机械手在运动过程中，相应关节的坐标变换矩阵，以及末端执行的坐标变换矩阵。
第四步 列出手爪位置r与各个关节变量?之间的正运动学方程，即确定手爪在某一运动过程中的雅可比矩阵J。
第五步 重复机械手的运动过程，再次检验和修正对机械手运动过程的分析。
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七、讨论题思考题与实验报告
1．据你的实验观察，机械手运动过程轨迹是否可以重复？
2．机械手末端执行器（通常为手爪）的坐标变换矩阵是依据什么得到的？
3．机器人末端执行器的位置与速度之间的关系是通过什么来体现的？
4．实验报告表格见附件3和附件4。
附件3：实验二 机器人运动学实验报告
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实 验 报 告
班 级 姓 名 实验地点 实验名称 机电112 梁俊 八号实验楼 机器人机械结构 设备、 工具、 材料 设备名称 辅助设备 辅助材料 工量具 柔性制造系统 实验日期 指导教师评语 实验目的与要求 1．测定和理解机器人变换矩阵；2．理解机器人运动方式。3．理解计算机工作台 机器人位置与关节变量的关系；4．理解雅可比矩阵在机器人中的作电缆线 用。 螺丝刀、钳子、万用表 要求：复习机器人常规运动方式明 确运动学基本问题，和位置与关节 的变量关系，了解物理、线代、机 械原理等知识。 实验总结： 机器人的运动学主要是运用线性代数矩阵分析，从而控制末端执行器的各个动作操作。通过特定数据分析提高其运动的准确性。对于执行器的位置方向是用3维笛卡尔坐标系XYZ描述的。而对于复杂矩阵的处理是通过计算机进行处理。对于各运动构件上笛卡尔坐标系的变换关系，采用齐次坐标变换，以此导出末端执行器完成各个动作。对于机器人的机械手臂是由多个自由度的机构组成，自由度越多完成的动作越复杂。笛卡尔坐标的3维矢量空间与关节变量决定的n维矢量空间的相互变换，是在机器人运动分析的过程中的基本方法。 附件4：实验二 机器人运动学实验预习报告
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实 验 预 习 报 告
班 级 姓 名 实验地点 实验名称 主要内容提要：
1.机器人运动学的问题：对于给定的机器人，已知杆件几何参数和关节角矢量 求机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。2.已知机器人杆件的几 何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态，机器人 能否使其末端执行器达到这个预期的位姿？如能达到，那么机器人有几种不同 形态可满足同样的条件？ 2.机器人位置与关节变量的关系： 从几何的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。引入手爪位置r ?x??θ1?r???θ???和关节变量，?y??θ2?，那么我们可以用一个矢量来表示这个关系机电112 梁俊 八号实验楼 指导教师评语 机器人运动学 预习日期 r=f(θ). 3.机器人运动学的表示及其坐标变换矩阵: 首先先建立坐标系，基坐标系为（O1-x1y1z1）手爪坐标系为（O2-x2y2z2） 1P2?R3*3是由O1指向O2的位置矢量，1R2?R3*3是由面1看面2的变换矩阵。那么坐 1标的变换矩阵为R2?1ex1ey1ez??。
实验三 机器人感觉
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一、实验目的
1．了解机器人内部传感器和外部传感器；
2．理解机器人外部传感器的工作原理及其转换方法； 3．理解机器人外部传感器在机器人中的作用。
二、实验属性
验证性实验。
理解传感器在机器人中的作用，熟悉和识别具体的外部传感器如触觉传感器和距离传感器。
三、实验设备、仪器
机器人、计算机操作台、工件、工件传输线、料架
四、实验要求
1．学生在实验课前需要预先复习机器人内外部传感器，明确机器人传感器的分类及其作用，并了解位置传感器、角度传感器、姿态传感器、触觉传感器的基本工作原理。
2．要求学生综合利用前期课程及本门课程中所学的相关知识点，了解或复习机械原理、工程力学、传感器技术基础、电工学、电子电路等课程内容。同时复习《机器人技术及其应用》课本中有关机器人传感器的内容如力觉传感器、接近觉传感器等，培养学生在机器人技术方面分析机器人利用不同传感器与周围环境的具体沟通方式和途径的能力，同时也培养学生对检测知识的应用与检测电路的设计能力。
五、实验原理
启动机器人使其沿着某一固定轨迹运动，观察机器人的动作变化。 在此基础上，每个动作中相应传感器的作用，正确理解机器人传感器及分析相应的信号转换过程及其可能转换电路。
在明确了以上内容的基础上，结合机器人的具体动作过程和姿态变化过程，确定主要传感器的工作原理如接近觉传感器、腕力传感器、指力传感器和关节传感器等传感器的工作原理。
操作机器人，使机械手重复原来的过程，观察是如何机器人感觉外部信息的。
在此基础上，利用机械原理、机械设计等知识确定机器人的具体机械传感结构，以及相应机械传感机构在电路中所对应的元件如电阻、电容、电感和可变电源等。接触觉传感器如下图所示。
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