《机器人运动学》课件

《机器人运动学》ppt课件目录机器人运动学概述机器人关节与连杆结构机器人运动学建模机器人轨迹规划机器人运动学应用实例CONTENTS01机器人运动学概述CHAPTER0102机器人运动学的定义它主要关注机器人在三维空间中的位置和姿态，以及如何通过关节运动来实现这些位置和姿态的变化。机器人运动学是研究机器人末端执行器位姿与机器人关节状态之间关系的学科。研究如何用数学表达式表示机器人在三维空间中的位置和姿态。机器人位姿表示建立机器人末端执行器位姿与关节状态之间的数学关系，即运动学方程。运动学方程研究如何通过给定的位姿求解关节状态（逆解），以及如何通过给定的关节状态求解位姿（正解）。运动学逆解与正解研究如何优化机器人的运动轨迹，以及如何控制关节运动以实现特定的位姿变化。运动学优化与控制机器人运动学的研究内容机器人运动学是实现机器人自主导航、操作和避障的基础。通过理解机器人运动学，可以更好地设计机器人的结构和关节配置。运动学优化和控制是提高机器人性能的关键因素，有助于实现更快速、准确和灵活的运动。机器人运动学在机器人教育、研究和实际应用中都具有重要的地位和作用。01020304机器人运动学的重要性02机器人关节与连杆结构CHAPTER允许机器人在两个方向上旋转，常用于机器人的腿部和腰部。旋转关节允许机器人的连接部分在三个方向上自由旋转，常用于机器人的手臂和手腕。球形关节允许机器人在一个方向上旋转，常用于连接固定部分或调整机器人的姿态。圆柱关节允许机器人在平面内移动，常用于机器人的腿部和腰部。平面关节机器人关节类型机器人的连杆结构是指机器人各部分之间的连接方式，常见的连杆结构包括串联结构和并联结构。连杆结构自由度是指机器人在空间中能够独立运动的程度，机器人的自由度越多，其灵活性就越高。自由度连杆结构与自由度基于直角坐标系建立的机器人坐标系，常用于描述机器人在空间中的位置和姿态。笛卡尔坐标系基于机器人关节建立的坐标系，常用于描述机器人的关节运动状态。关节坐标系基于机器人工作需求建立的坐标系，常用于描述机器人末端执行器的位置和姿态。工作坐标系机器人坐标系建立03机器人运动学建模CHAPTER描述空间中物体位置和方向变化的数学工具，包括平移和旋转。将一个坐标系中的位置和方向信息转换到另一个坐标系中的过程，涉及到齐次变换的应用。齐次变换与坐标变换坐标变换齐次变换根据机器人关节参数，计算机器人末端执行器在笛卡尔坐标系中的位置和姿态的过程。正向运动学描述机器人末端执行器位置和姿态与关节参数之间关系的数学模型。正向运动学模型机器人正向运动学建模逆向运动学已知机器人末端执行器在笛卡尔坐标系中的位置和姿态，求解机器人关节参数的过程。逆向运动学模型描述机器人末端执行器位置和姿态与关节参数之间关系的数学模型，用于实现机器人的自主定位和轨迹规划。机器人逆向运动学建模04机器人轨迹规划CHAPTER定义轨迹规划是指根据任务需求，为机器人指定一条从起始位置到目标位置的路径，使机器人能够按照该路径进行运动。目标确保机器人在运动过程中能够安全、稳定、快速地完成指定的任务，同时避免与环境或其他物体发生碰撞。轨迹规划的定义与目标关节空间的轨迹规划定义关节空间是指机器人的各个关节角度构成的坐标系，关节空间的轨迹规划是指通过控制机器人的关节角度来实现机器人的运动。方法常用的方法包括多项式插值、样条曲线插值等，通过设定起始和目标位置的关节角度，计算出一条平滑的关节角度路径。笛卡尔空间是指机器人末端执行器在三维空间中的位置和姿态构成的坐标系，笛卡尔空间的轨迹规划是指通过控制机器人末端执行器的位置和姿态来实现机器人的运动。定义常用的方法包括直线插补、圆弧插补等，通过设定起始和目标位置的末端执行器坐标，计算出一条平滑的末端执行器路径。方法笛卡尔空间的轨迹规划05机器人运动学应用实例CHAPTER工业机器人广泛应用于自动化生产线，负责搬运、装配、检测等环节，提高生产效率，降低人工成本。自动化生产线工业机器人具备高精度的定位和操作能力，能够完成复杂焊接与切割任务，提高产品质量。焊接与切割工业机器人可以替代人力进行重物搬运，减轻工人劳动强度，提高工作效率。物料搬运工业机器人应用实例提供家庭清洁、陪伴、照料等服务，为家庭生活带来便利。家庭服务机器人餐饮服务机器人医疗护理机器人在餐厅中负责送餐、点餐、收银等工作，提升餐饮服务效率。协助医生进行手术操作，减轻医护人员工作负担，提高医疗水平。030201服务机器人应用实例模仿动物的运动方式，用于探索未知领域、执行特殊任