《机器人技术第五章》PPT课件

机器人技术，道建国，哈尔滨工业大学机电大学2005.2。第2，5章机器人工作空间，5.1概述，5.1.1基本概念，工作空间从几何角度讨论操作机器的工作性能。B. Roth在1975年提出了操作系统工作空间的概念。操纵器上的工作空间：机器人操作器正常工作时，末端效应器坐标系的原点可能位于空间活动的最大范围内。或原点可作为点拥有的体积空间。此空间也称为可到达空间或总工作空间，以W(P)记录。灵活的工作空间：由末端效应器可以到达整个工作空间中任意姿势的点组成的工作空间。用Wp(P)表示。次要工作区：从整个工作区中移除弹性工作区的其馀部分。写入Ws(P)。3，根据定义有：通常，工作区是包含边界曲面(有时是边界曲面)的一个或多个体积块。与W(P)边界面中的点相对应的操作符的位置和姿势都是单数。与奇点对应的机器人的速度Jacobian矩阵很奇妙，因此操纵器的工作区边界面通常也称为Jacobian曲面。换句话说，Jacobian矩阵的矩阵等于0的曲面。在灵活空间中，内部点的灵活性分为两类：灵活空间，其中I类末端效应器到达全方向的点，通常表示为wp1 (p)。II类由只能沿限制方向到达的点组成的灵活空间，用Wp2(P)表示。4，下面以平面3R操纵器为例，说明了上述基本概念。3R操作器，由3条L1、L2和h组成。最后两个杆的长度之和小于L1的长度。手掌点p为L1，L2为L1，L2为长度，h为手掌点p到关节点O8的长度(即h杆的长度)，圆C1:为半径，圆c 43360半径分别是该操作系统的总工作区的边界。之间的环是W(P)。2)圆c 23360半径为，圆c :半径为，每个都是灵活工作空间的边界。它们之间的圆形区域为Wp(P)。5，3)在圆C1和圆C2之间；圆C3到圆C4之间的两个圆形区域是辅助工作空间。(1)可以看到Wp(P)中的所有点都是可到达的点。2)仅在C1和C4圆上的任意点沿该圆的切线方向进行运动。3)最后一个条形h越长(h越大，C1越大，C4越小，总工作空间越大)。但是，由于C2的增加和C3的减少，因此灵活的工作空间较小。4)工作空间同时受到关节角的限制。6，5.1.2工作区的两个基本问题：1)提供对结构形式和结构参数的工作器和关节变量的变更范围以查找工作区。称为工作区分析或工作区肯定问题。2)给出了求算子的结构形式、参数和关节变量变化范围的有限工作空间。工作区的合成或工作区的反问题。5.2工作区的形成和确定，5.2.1工作区的形成，pn-端杆的参考点；W(*)参考点占用的工作区。工作空间边界的边界点构成边界曲面。边界曲面可以通过其他方法获得。7，1，分析方法，5.2.2工作区由工作区的形成决定，该工作区的边界曲面可以被视为由围绕端点参照点的每个关节运动形成的曲线族或曲面族的包络。因此，您可以多次使用单一参数曲面族的包络公式，以循序取得工作区的限制曲面。如果空间中有曲线，则上面的每个点都与曲线族中的每个曲线相切，曲线上的不同线与该曲线族中称为包络的不同点相切。如果有曲面，且与曲面族中的所有曲面相切，则这称为曲面族的包络。8，以下是对工作区的包络边界曲面进行分组和解决的基本思路。对于具有自由度的机器人操纵器，分组操作符的前三个杆(或前三个关节)，然后在第三杆上设置参考点P3(与腕点相同)，以获得围绕每个关节运动形成的曲面的包络，从而获得边界曲面。将后面的每个杆(4、5、6杆)分成不同的组，在最后的杆中取参考点P6(理想手掌点)，找出围绕后关节移动的曲面(线)的包络，以获得边界曲面。沿运动形成2参数曲面族后，在上次载入时，可以使用相应的包络公式查找参照点的工作区边界曲面。中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析。9，分别使用，表示总线、父项面、曲线族、曲面族及其包络。曲线族的包络：具有曲线(表示为矢量表达式)的，样式中的t是曲线的几何参数。设定要用作参数行为的曲线，如果空间不同，则会为母线形成一系列曲线族。方程式为：方程式为曲线的运动参数。曲线族的包络方程是：样式、10、曲面族的包络：如果曲面由向量方程表示：样式中的u、v是曲面的几何参数。将曲面设定为参数运动，曲面族的包络方程式为：样式，11，参数运动时，曲面族、其包络(称为次要包络)的方程式为：12，样式中的母线和父件以及以参数方程式形式提供的例如，13，示例1可以使用分析方法在连接变量(例如，0 360)中调查基于PUMA560的自动机。即可从workspace页面中移除物件。)的工作区边界曲面，14，使用包络公式检索包络条件，并与上述表达式相关联，将O4=O5=O6=P3设置为腕点，将6个关节分成两个组。后三个关节(4，5，6)是轴与w相交的转动关节。前三个关节其他组。最后一个条形具有参考点P6(理想的手掌点)，最后三个关节具有15，前三个关节集具有P3=O4，通过使用包络公式求出包络条件并将其与波形连接，可以得到曲面方程。16，腕部工作区，17，基于PUMA560的自动机在没有结构限制的情况下，工作区轴截面，18，以图形方式查找工作区时，经常会得到工作区的各种截面(或剪切线)。该产品直观，易于与计算机结合，显示可到达的分支工作人员的配置特征。应用图形方法时，关节分为前三个关节和后三个关节(有时是两个关节或一个关节)两个组，前三个关节称为位置结构，主要决定工作空间大小，后三个关节称为方向结构，主要决定手的姿势。在执行封套集成之前，在腕部坐标系中单独查找两个关节形成的腕部空间和参考点的工作台。2，采取两个转动关节进行图形方式，图形讨论。19，20，21，示例2以图形方式检查Motorman机器人机械手的工作区。22，23，5.3工作空间中的孔和空腔，一个，定义，空是位于轴zi周围，无法沿z的全长参照点Pn到达的空间。共同参考点无法到达的完全封闭的工作区。1联合；23354空洞、24、2、空洞和空洞大致条件、1、空洞形成条件及其判别，如果工作空间与相应的后旋转轴不相交，则在该旋转轴周围形成空洞。可以根据前空间和后旋转轴之间的最小距离来判断空白空间是否存在。如果.没有空白空间。有孔的话。25，2。共同形成条件及其判别是在空间中形成共同的必要条件，虽然工作空间中存在共同，但还不是形成共同的充分条件。26，Zn-1，27，6章机器人静态和动态、静态和动态分析是机器人操作器设计和动态性能分析的基础。特别是，动态分析是机器人控制器设计、运动仿真的基础。机器人静力学研究机器人以静止或缓慢移动的方式作用于机器人的力和力矩问题。特别是指尖与环境接触时各关节力(瞬间)和接触力的关系。机器人动力学研究机器人运动和关节驱动力(力矩)之间的动态关系。描述这种动态关系的微分方程称为动态模型。由于机器人结构的复杂性，其动力学模型也常常很复杂，基于机器人动力学模型的实时控制很困难。但是，高质量的控制必须基于控制对象的动态特性，因此，如何合理简化机器人动力学模型以满足实时控制要求始终是机器人动力学研究者追求的目标。28，6.1机器人静态，1，2链路LJ，lfl(图7-1)。杆Lf*中的点o t、力矩肋LH和力延伸ft:rod f在house c工作road center call、RF和RCF分别是San o。O t *和cl的路径rl(或rj l 和r ，(或RF)。l)。29，5，平面关节类型(SCARA)只有平面运动有连接，并且比正常关节控制得更简单。但是运动灵活性更好，垂直平面更硬。SCARA型安装机器人，30，仿生自由度通常更多，适应性更强，灵活性更高，但控制更复杂，成本更高，刚度更低。仿人机器人、仿狗机器人、蛇形机器人、二次、特殊机器人、31，6轮漫游机器人、仿鱼机器人、仿新机器人、6足步行机器人、32，1.3.3机器人的性能要素、机器人适应性和灵活性的重要指标自由度一般等于机器人的关节数。机器人需要的自由度决定其工作任务。负载容量机器人在满足其他性能要求的前提下可以承载的负载重量。运动包络自动机可从工作区到达的最大距离。机器人关节长度及其构