工业机器人)机器人运动学

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1、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§3.1杆件、关节、标架、杆件变换一、基本概念（图3－1）…图3-11、杆件（Link):操作机器人的每个运动单元，称为～…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，

2、称为～习惯上，连接与；连接与；…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

3、？（人自腰部以上到手腕为多少？）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？2、关节参数（i=1,2,…,n-1)（图3－3）图3-3关

4、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；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

5、节角小于360°。人臂结构如何？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？）1.1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！特殊情况：当，即与相交时，取在

6、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！1.2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。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：1.3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

7、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！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1.4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标架，用来描述机器人各杆件标架间相

8、对位姿关系的参数，称为～为何要采用D-H参数？如果要确定坐标系间相对位姿关系，需要几个参数？共有4个D-H参数（图3-6）！！！图3-6从到，沿的距离；从到，绕的角度；从到，沿的距离；从到，绕的角度；D-H参数仍然借用杆件参数、关节参数的符号，但有正负号了！！！仅用4个参数！！！3、杆件变换矩阵对一台机器人讲，可有如下坐标系：机座标架（参考坐标系）；杆件1标架；…杆件n标架；末端执行器坐标系；世界坐标系；研究机器人运动学时，一般只讨论机器人本身杆件标架！所涉及的杆件变换有：通式为：习惯上，