机器人及运动学分析

.,机器人技术,机器人概要及运动学分析,.,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。,.,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,.,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机器人传感器技术机器人轨迹（路径）规划机器人程序设计,.,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。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。,.,机器人运动学分析的步骤,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,.,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,.,确定D-H参数和关节变量,.,求出两连杆间的位姿矩阵,.,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,.,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，改变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。,.,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i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,.,原理,T6=A1A2A3A4A5A6=A(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)T6,已知T6，要求i,这就是机器人逆运动学原理,.,通过该方程，可求得：,1=arctanpy/px-arctand2/(px+py-d2)2=23-323=arctan-(a3+a2c3)pz+(c1px+s1py)(a2s3-d4)/(-d4+a2s3)px+(c1px+s1py)(a2c3+a3)3=arctana3/d4-arctank/a3+d4-kk=(px+py+pz-a2-a3-d2-d4)/(2a2)4=arctan(-axs1+ayc1)/(-axc1c23-ays1c23+azs23)5=arctans5/c56=arctans6/c6,.,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,.,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i（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i（两杆夹角）：Xi与Xi-1两坐标轴的夹角,.,返回,.,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44的齐次变换矩阵描述相邻两