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(工业机器人)机器人运动学.ppt

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第三章机器人运动学
已知关节变量,求末端执行器位姿
本章要解决的问题:
运动学正问题:
运动学逆问题:
已知,求
§ 杆件、关节、标架、杆件变换
一、基本概念(图3-1)
…
图 3-1
1、杆件(Link):
操作机器人的每个运动单元,称为~
1
…
图 3-1
机座,固定不动,称为0号杆件;
与机座相联的第一个杆件;
与第一个杆件相联的后一个杆件;
…
与一般机构不同,在谈起机器人时,常说机器人是多少个自由度的,而不说是几杆机构!
开式链机器人用此标法,并联机器人有专用方法。
2、关节(Joint):
连接相邻两个杆件的运动副,称为~连接与;
连接与;
…
2
关节分类:
考虑到运动精度以及技术实现等原因,操作机器人一般只用两种形式的关节!
回转关节(Revolute):
棱柱关节(Prismatic):
只能单自由度回转而不能移动的低副;
只能单自由度移动而不能回转的低副;
3、标架(Frame):
在机器人学中,常将杆件坐标系称为~。
4、自由度(DOF—Degree-Of-Freedom):
机器人末端执行器所具有的独立运动能力,称为机器人的~
5、活动度(Mobility):
机器人所具有的关节数,称为机器人的~
自由度与活动度间的关系?(人自腰部以上到手腕为多少?)
3
二、基本参数
1、杆件参数( i=1,2,…,n-1 )(图3-2)
杆长: ,杆件i上两条轴线间公法线长度,称为~
扭角: ,杆件i上两条轴线在垂直于公法线平面内的夹角,称为~()
图 3-2
用这两个参数就可以确定相邻两条轴线的相互位置!;
杆件结构确定了,这2个参数为常量;
i=0 及i=n 时的参数呢?(仅1根轴线)待标架建立后才能确定!
若杆件的两根轴线平行,杆件参数是多少?(扭角:纵向左右扭!)
杆件参数可能是负值吗?
4
2、关节参数( i=1,2,…,n-1 )(图3-3)
图 3-3
关节角:关节上相邻两条公法线在垂直于轴线平面内的夹角,称为~
偏距:关节上相邻两条公法线沿轴线测得的距离,称为~
( 轴上两条公法线间的最短距离)
如同杆件参数一样,关节参数也为非负值!
对回转关节: 是常量, 是变量;
对棱柱关节: 是变量, 是常量;
5
i=0 及i=n 时的参数呢?待标架建立后才能确定!
关节参数物理含义?
决定了相邻两个杆件间相互位置;
若相邻3根轴线平行,可直接可以看出关节角即是i+1杆相对于i 杆转过的角度;
(图3-4)
图 3-4
在机器人中常用回转关节,若
意味着相邻两个杆件不上下交错,将可能导致关节角小于360°。
人臂结构如何?
6
三、Denavit-Hartenberg标架(简称D-H标架)
1、杆件上标架的建立
杆件标架建立方法不一样,位姿描述含义与结果也不一样!
为统一起见,均采用本讲义D-H方法(其它方法?)
中间杆件标架(i=1,2,…,n-1)(图3-5)
(1) :与轴线重合,正方向按照机器人构型确定;
:与杆件公法线重合,由指向;当
时,取
(3) :按照右手法则确定;
(4) : 与交点。
图 3-5
构型:左构(左臂)、右构(右臂)。使机器人初始转动角度为正值!
7
特殊情况:
当,即与相交时, 取在交点处;
当时, 取在使处;
杆件标架的建立需要两根特殊的线:关节轴线、公法线!
杆件的标架位于杆件前一个关节轴线上!
基座、末杆只有1根轴线,其标架需按照特殊的方法建立!
机座标架
机座标架与机座固联,用来描述机器人各个杆件及末端执行器的位姿;
的建立可随意,但为了方便起见,一般规定:当第一个关节变量为零值时, 与重合。
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因此,有:
当第一个关节为回转关节时,还有:
当第一个关节为棱柱关节时,还有:
末杆标架
机器人末杆一端与前一个杆件相联,另一端是机械接口,用以连接末端工具,因此只有1根轴线。
其标架建立原则与机座标架相类似:为了便于计算!
(1) :与轴线重合;
(2) :当其关节变量为0时, 与重合。
机座标架看杆1,末杆标架看的是n-1杆!
二者不同之处: 与原点不重合!
9
具体地:
当为回转关节且时,取与重合;因此
当为棱柱关节且时,取与重合;因此
末端执行器标架
末端执行器不同,其标架不同,详见教科书。
末端执行器标架与末杆标架是平移关系!
同一台机器人可以使用不同的末端执行器,为此,在样本中一般只给出杆件标架参数。末端执行器标架视情况而定。
2、D-H参数
采用D-H

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