机器人及运动学分析PPT课件

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机器人系统基本结构
❖ 一般由四个部分组成：机械手、环境、任务 和控制器
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机器人学研究领域
❖ 机器人运动学 ❖ 机器人动力学 ❖ 机器人位置和力控制Hale Waihona Puke Baidu❖ 机器人传感器技术 ❖ 机器人轨迹（路径）规划 ❖ 机器人程序设计
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机器人运动学
❖ 定义
运动学研究旨在解决机器人的手臂转向何方(动力学则为了 解决移动的速度和力)。机器人运动学可分两类：正运动学 分析和逆运动学分析。
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根据运动学方程，可得一下参数：
在该方程中，唯一不确定的参数就是θ，改变θ的值就可 以改变机器人的位置和姿态，使之运动到期望的位置。
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机器人逆运动学分析
❖ 定义 机器人运动学逆解问题是指在给定机器人末端执行
器(或夹持器)位姿的情况下，求解得到该位形的各 关节转角，即给出T6，求出θi ❖ 意义
是机器人运动控制算法设计及运动规划的基础，也 是机器人速度、加速度、受力分析、误差分析、工 作空间分析、动力分析和机器人综合等的基础
正运动学的问题是机器人运用它对自身的了解(关节角度和 手臂长度)来判断自己在三维空间中到底身处何方。
逆运动学正好相反，它解决机器人如何移动才能达到合适 的姿势(改变关节位置)这一问题 。
❖ 意义
是研究机器人动力学和控制的重要基础，它涉及到机器人 运动方程的表示、求解及雅克比矩阵的分析与计算等。
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机器人运动学分析的步骤
d4+a2s3)px+(c1px+s1py)(a2c3+a3)]
θ3=arctan a3/d4-arctan k/±√a3²+d4²-k²
k=(px²+py²+pz²-a2²-a3²-d2²-d4²)/(2a2)
θ4=arctan (-axs1+ayc1)/(-axc1c23-ays1c23+azs23) θ5=arctan s5/c5 θ6=arctan s6/c6
机器人技术
机器人概要及运动学分析
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机器人
❖ 机器人定义 机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一
些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划 能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活 性的自动化机器。 ❖ 机械手定义
一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程 序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。
❖ 建立D-H坐标系 ❖ 确定各连杆的D-H参数和关节变量 ❖ 分别求出两连杆间的位姿矩阵 ❖ 求机器人运动方程，进行机器人运动学分析
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机器人正运动学分析
机器人正运动学：在给定组成运动副的相邻连杆的相对位置情况 下，确定机器人末端执行器(安装于机器人末端的夹持器或工具)的位形
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确定D-H参数和关节变量
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原理
T6=A1A2A3A4A5A6 =A (θ1)A (θ2)A (θ3)A (θ4)A (θ5)A (θ6)
T6
已知T6，要求θi,这就是机器人逆运动学原理
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通过该方程，可求得：
θ1=arctan py/px-arctan d2 / (±√px²+py²-d2²) θ2=θ23-θ3
θ23=arctan [-(a3+a2c3)pz+(c1px+s1py)(a2s3-d4)]/[(-
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D-H坐标系
为了研究机器人各连杆之间的位移关系， Denavit和Hartenberg在1955年提出了一种 通用的方法，这种方法在机器人的每个连杆 上都固接一个坐标系，然后用一个 4× 4的 齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系， 这样，通过依次变换，就可以推导出“工具 坐标系”相对于“基础坐标系”的等价齐次 变换矩阵，从而建立机器人的运动学方程。 这就是我们通常所称的D-H参数方法。
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求出两连杆间的位姿矩阵
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机器人运动学方程
T6=A1A2A3A4A5A6
T6：表示机器人末端连杆坐标系相对于基 坐标系的位姿 A1：表示杆1相对于基座的位置 A2：表示杆2相对于杆1的位置 A3、A4、A5、A6以此类推
❖ T6
由此，我们可以求出T6的 12个参数，即可求得该型机 器人的正运动学方程
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❖ 逆向运动学的解的特点 多解性
原因：由于解反三角函数函数方程产生的。 对于一个真实的机器人，只有一组解与实际 情况对应，有些解不能实现，为此必须做出 判断，选择出其中最满意的一组解，以满足 机器人的工作要求。 可解性
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参数确定原则
Z轴：沿关节线的轴线 X轴：沿相邻两个坐标轴的公法线 αi（连杆扭角）：Zi和Zi-1两轴心线的夹角 ai（连杆长度）：从i轴关节到i+1关节轴的公法线 长度（Zi与Zi-1公法线长度） di（两连杆距离）：相邻两杆三轴心线的两条公法 线的距离 θi（两杆夹角）：Xi与Xi-1两坐标轴的夹角
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