先进机器人技术

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1、先进机器人技术张勤杜启亮考核要求：大作业的形式进行考核教材：日本京都大学，吉川恒夫，机器人控制基础参考资料：蔡自兴，清华大学出版社，[机器人学]谭民，徐德等等，《先进机器人控制》，高等教育出版社，2007年主要内容基础部分运动学可操作性位置控制冗余机械手的控制应用部分机器人系统机器人系统1.动作执行部分：2.传感器部分：3.控制部分：各部分的功能动作执行部分：机构的运动学，动力学以及机构操作能力的评价传感器部分：作业目标，机器人自身及环境等各种信息的获得。控制部分：根据作业目标，传感器的信息完成控制技能机器人机构的描述机器人运动学物体位置和姿态回转行列欧伊拉角的

2、确定方法座标变换同次变换同次变换同次变换空间内的点在不同坐标系中变换描述两个坐标系间的关系记述空间内点的移动例题注意简单的回顾空间物体的位置和姿态通过行列式表示。AB关节角度与操作目标位置架设顺运动学问题逆运动学问题顺运动学：逆运动学：连杆坐标系坐标系建立方法决定关节轴：关节轴定为Z,正方向尽量指向机械手末端，如果不明确，任意可。确定共同的垂线方向，并设定该方向为x方向。从关节i指向关节i+1的方向定为X正方向。右手规则确定Y轴方向关节轴或共同垂线方向为任意时，尽量取坐标参数为0的方向，确定坐标系例题1已知：PUMA型机械手，关节坐标系设定如图所示，求出0T6顺

3、运动学问题已知：PUMA机械手，坐标系的设定设置为如图2.25所示，其中为基准坐标，为机械手先端的坐标，求机械手末端的向量，求当关节角度时，r的值。例题2图2.25基坐标系和机器手末端坐标系欧伊拉角的确定方法作业已知：上肢的坐标系设定如图所示，求手末端的顺运动学方程逆运动学问题已知：3自由度的机械手，坐标系Σ0的设定如图(b)所示，在此坐标系中机械手的先端位置为（rx,ry,rz），求实现上述机械手的先端位置需要的各关节角度。逆运动学问题ZHXH代数解法0TH=0T3×3TH1求解逆运动学问题：有代数法,几何学方法如Pieper法，但都比较复杂。实际设计中利用关

4、节速度和机械手先端的速度关系积分来求解物体的位置和姿态的移动速度物体的位置和姿态的移动速度物体的空间移动速度：可以表示为物体坐标系相对于基准坐标系的移动速度。物体坐标系的移动可以分解为坐标原点位置变化和坐标轴方向的变化。坐标原点位置的变化速度：坐标轴方向的变化速度，也就是姿势的变化速度两种表示方法姿势的变化速度方法1：表示姿态的欧伊拉角向量方法2：令物体坐标系与基准坐标系原点重合，相对于，绕某轴回转速度回转速度的两种表示雅可比行列的定义K次向量和l次向量之间满足关系L×K矩阵称为雅可比矩阵机器人学中的雅可比表述机械手的末端速度和关节速度的关系例：已知平面3自由度

5、的机械手r=[x,y,α]、求雅可比矩阵Jｒ雅可比矩阵的一般表达式NCcontrolsystems机械手控制框图PUMA机器人的顺运动模型机械手先端位置姿态的目标值驱动器伺服马达机械手：相对于基准坐标系各轴的微小位移：相对于基准坐标系各轴的微小转动姿势的变化速度方法1：表示姿态的欧伊拉角向量方法2：令物体坐标系与基准坐标系原点重合，相对于，绕某轴回转速度微小转动的求法方法1：忽略2次项可以得到：相对于基准坐标系的微小移动相对于基准坐标系向量Kr的微小回转假设：R1：相对于基准坐标系的机械手先端目标姿态矩阵R2：相对于基准坐标系的机械手先端实际姿态矩阵Δ：相对于基

6、准坐标系各轴的微小回转矩阵R2―R1＝Δ＊R1；方法2：