课程设计
课程名称 机器人学
题目名称 基于Matlab的强化学习路径寻优 学生学院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师
目录
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课程设计要求 ........................................................................................................................... 3 六自由度机器人设计 ............................................................................................................... 3 2.1 机器人构型及其坐标系 ............................................................................................... 3 2.2 机器人dh参数表 ........................................................................................................ 4 2.3 机器人关节运动范围 ................................................................................................... 4 正运动学 ................................................................................................................................... 4 3.1 机器人工作空间 ........................................................................................................... 5 逆运动学 ................................................................................................................................... 5 4.1 微分运动 ....................................................................................................................... 5 4.2 算法流程 ....................................................................................................................... 5 4.3 实验结果 ....................................................................................................................... 6 有关机器人一些其他的工作 ................................................................................................... 6 5.1 差分进化算法辨识逆运动学解 ................................................................................... 6 5.2 关于本次报告中使用差分算法的一些理解与想法 ................................................... 7 5.3 基于强化学习的路径寻优及程序流程图 ................................................................... 9 有关程序以及视频资料、其余文件的说明 ......................................................................... 11
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1 课程设计要求
一，按照附件模板填写，要求有封面和目录，除签名处不能有手写。 二，主要内容包括下面几个部分，
1，设计一款六自由度机器人，要求2，3，4，5关节中有一个是滑动关节，其余关节应为转动关节。试构想该机器人的功能，并根据功能设定机器人的介绍参数（杆件长度及关节极限） 2，建立机器人的正运动学模型，进行Matlab运动仿真。（分析机器人的工作空间，制作机器人各个运动的动画。） 注意事项：
1）要求画出机器人的关节坐标系，列出DH参数表，以及各个关节间的齐次变换矩阵。 2）Matlab仿真应画出工作空间的立体图和剖面图。采用机器人产品的同学应与实际说明书的工作空间做对比。自行设计的同学要做简单的分析讨论。 3）直接采用例程里面的三自由度机器人该部分得0分。 3，实现逆运动学轨迹规划 注意事项：
1）这里特指机器人末端的轨迹规划，不是关节空间的轨迹规划。 2）要实现控制机器人末端在空间中完成某种轨迹。（如直线，圆弧，心型，写字等） 3）可以采用求解逆运动的方程或者是利用微分运动。 4）写出详细的推导过程（公式）。 5）要求有仿真截图及动画。
6）只能使用matlab及本课程提供的例程，不能使用工具箱。 7）仅仅使用3自由度例程的同学本部分分数会很低
4，自由发挥项（完成这一部分的同学才能够得到90分以上） 1）机器人完整逆解的求解方式（数值解）；2）寻找奇异点，分析奇异位型 5，Matlab程序作为附录应添加在课程设计报告书的最后面。要求在第一页附上程序流程图，注明函数调用过程，此外，程序要排好版
2 六自由度机器人设计
这款机器人为一个六自由度机器人，其第三个关节为滑动关节，其余关节均为转动关节关于将第三个关节设置为转动关节，想法主要是第一关节为转动关节，主要是控制机器人在xy面上的大范围运动，第二关节以及第三关节主要是控制机器人在空间中的xyz上大幅度的运动，后三个关节主要是对末端姿态的调整为主。
2.1 机器人构型及其坐标系
图1 DH建立坐标 图2 经DH建模后的在MATLAB显示的构型 图1与图2的机器人构型一致，它们之间的不同仅是设置的θ不同。
2.2 机器人dh参数表
# 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 θ θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 dz 150 0 500 150 150 100 表1 DH表
dx 0 0 0 0 0 0 α 90° -90° 90° -90° -90° 0 2.3 机器人关节运动范围
关节 运动范围 Th1 -180~180 Th2 -90~90 Dz 0~500 Th3 -90~90 Th4 -90~90 Th5 -90~90 表2机器人关节运动范围表
3 正运动学
由DH表变换顺序θ,d,y,a,α可得出相邻两个坐标系间的齐次变换矩阵i^T_j为：
使用DH表中的数据依次代入则能够得到每个相邻坐标系间的变换矩阵，若要求某一个坐标
系与基坐标系的关系，则将其两者之间的所有坐标变换矩阵连乘即可。
3.1 机器人工作空间
图3工作空间等轴测图
图4工作空间左视图
4 逆运动学
4.1 微分运动
Jocobi微分运动矩阵为：
微分运动方程：
4.2 算法流程
以下给出微分运动的计算流程：
基于Matlab强化学习路径寻优机器人建模与仿真报告
