摘要：随着科学技术的迅速发展，工业机器人正被大量的运用到制造业的生产过程中。当然，伴随着工业技术的发展，工业机器人也将在更多领域得到广阔的应用，这也对工业机器人的进一步研究起到了关重要的作用。针对六自由度工业机器人SD700的模型，通过改进DH法构建了连杆机构坐标系，并在此基础上建立了正逆运动学方程，从而为后续的设计和控制系统的研发工作提供了运动学依据。

0 引言

由于发达国家的劳动力出现地比较早，环境的因素也促使他们很早就开始发展工业机器人，从而形成了先发的优势[1]。在很多发达国家的企业和公司中，工业机器人已经被普遍的用于替代或协助员工进行各种单一的或重复性的作业。也因此，在艰苦、繁重、危险的工作条件中，工业机器人还能够协助员工进行与刨、挫、夹、磨、抓等有关的工作。而根据工业机器人的用途，人们又把工业机器人分成了食品自动化机器人、工业机器人、矿业自动化机器人、农业自动化机器人等。也因为工业机器人有着巨大的作用和相应通用，,所以在不同发达国家的很多企业和公司中都在不断地研究、发展和使用着各种各样的工业机器人。工业机器人在物流运输、石油加工、机械制造、电气设备施工、核电修理、凿岩开采等诸多行业的普遍应用，使上述行业的制造质量大大提高，以较低的生产成本制造出的各类商品，充实了人民的物质生活，同时又大幅的降低了上述行业中人员的劳动强度。

工业机器人是智能化机械的一种代表，它融入了遥感、自动化、电气、通信、电气、软件等多种因素，是机电一体的结晶。工业机器人可看作机器工程学、信息工学、电子学、软件工程学等诸多工艺与学科的综合。在现代化生产过程中正起到了难以忽略的重要作用，并且已广泛应用于流水生产线上，可以替代人们进行搬运、喷漆、焊接等多种比较繁琐的劳动工作，它不但大大提高了生产制造效率，而且也在很大程度上改善了工业生产的制造质量与效，因此可以说工业机器人的广泛应用对我国生产力建设和制造业的发展都产生了重要的促进意义。

工业机器人的运动学分析是开展机器人轨迹规划与控制技术研究的基础，常用的方法主要有旋量法[2]和DH参数法。DH参数法是通过一组参数来描述机器人每个关节坐标系之间的关系，已经被广泛的应用于各类机器人的建模与运动学分析[3]。而旋量法可以从整体上对机器人的运动给予描述和研究，减少了描述机器人运动时所产生的奇异性，因此在工业机器人的研究中得到了更广泛的运用[4][5]。

本文主要对工业机器人SD700采用改进DH方法为该机器人建模，并在此基础上进行正逆运动学的分析[6]。

1正运动学

DH方法是建立机器人运动学模型的一个经典方法。这种方法利用四个参数来研究工业机器人相邻杆之间的位置与姿态关系：连杆长度(a:linklength)，连杆转角(a:linktwist)，连杆偏移(d:linkoffset)，关节角(θ:jointangle)，进而建立机器人的模型。常用的DH法包括标准DH法(standard DH)和改良DH法(modified DH)，但二者在坐标系的建立及坐标变换顺序上都具有不同。另外，虽然标准DH法在处理串联机器人上拥有相当的计算优势，但在处理具有树形结构或者闭环结构的机器人上存在一定歧义。因此我们通过改进DH法对串联机器人 SD700进行建模。

1.1 正运动学模型

SD700机器人，由腕部，前臂，大臂，旋转座，底座等几部分所构成，其基本构造示意图如图1所示。

通过改进的DH 建模方法，在连杆i（i=1-6）的首端分别建立坐标系。为了简化运算过程，将连杆1的坐标系与基座坐标系{O}重合，根据连杆4、连杆5与连杆6的轴线相交于一点，将这三个连杆对应坐标系的原点设置于交点处，基于以上设置为机器人建立图2所示坐标系。

坐标系{i}相对于坐标系{i-1}的齐次变换，可以通过4个DH参数获得。对于工业机器人，在变换过程中只会有一个参数变化，而其他三个参数由机器人本体确定。图3中给出了SD700工作区域，所以由连杆的关系可以得出该机器人的DH参数，如表1所示。

正运动学是根据工业机器人各关节的运动获得机器人末端的姿态和位置。根据各连杆上所建立的坐标系，可以将正运动学的问题划分为几个问题来解决。坐标系{i}中定义的矢量iP变换到坐标系(i-1)中的描述i-1P，可以利用如下变换获得：

表1 SD700的DH 参数