机器人技术基础知识总结概要

1、坐标系ouvw除绕坐标系oxyz的坐标轴旋转外，还可以绕它本身的坐标轴旋转。如果坐标系ouvw绕坐标系oxyz的坐标轴旋转，则可对旋转矩阵左乘相应的基本旋转矩阵；如果ouvw绕本身的坐标轴旋转，则可对旋转矩阵右乘相应的基本旋转矩阵。2目前机器人的运动学和动力学研究主要向下面所述的几个方面深人发展：1. 机器人的轨迹规划。2. 切实可行的设计和评价机器人的动力学方法。3. 适应机器人的实时计算，减少计算时间，提高计算效率。4. 解决控制系统的反馈、稳定等方面的问题。5. 随着机器人以高速、高精度发展，考虑构件弹性及振动影响的动力学研究6. 改进和完善动力学建模方法。3国内主要采用openGL软件

2、实现机器人仿真4运动学和动力学模型简化条件(1假设机器人各杆件是刚性的；忽略各杆件的变形，都当作刚性构件来处理；（2各构件的摩擦忽略不计；目前，已经能够对一般结构的六自由度串联机器人进行逆运动学求解，但是要获得显式解，只有满足下列两个充分条件之一：a3个相邻关节轴交于一点。b3个相邻关节轴平行。5假定坐标系oxyz是三维空间中的固定坐标系（在机器人运动学中为总体坐标系，坐标系ouvw固定在机器人杆件上并随杆件一起运动（此坐标系为附体坐标系6齐次坐标是用n+1维坐标来描述n维空间的位置7在机器人杆件关节上建立坐标系有两种方法：一是把杆件坐标系建立在每个杆件的下关节处；二是把杆件坐标系建立在每个杆

3、件的上关节处。8i杆件的坐标系设置在i+1号关节上，并固定i关节，坐标系i与杆件i无相对运动这种传递矩阵是把i杆件的坐标系设置在i号关节上，并固定i关节，坐标系i与杆件i无相对运动9 朴件的怪度込两关节轴红邛山冲間离即曲关节轴鏤公垂纱的底度n 杯件的扭角将同一杆件上的一条轴线向另一条轴线平移使之相交，则此两轴线的平而交箱就足该杆件的扭垢。 杆件的长度碍两关节轴线的員毎距离即柄关节紬线公垂疑的长度. 杆件的扭角务将同-杆件上的-条轴线向刃-条轴线平10 M件的民度s两关节轴红的最也业滋即两关节轴红公垂纱的檢度. 杆件的扭角普轉同一杆件上的一条轴线向刃一条轴线平移使之相交，则此两轴线的平面交角就是

4、该杆件的扭角。 关节变量g两相邻杆件相对位置的变化量。闫的方向由手定则确定. 偏置童£杆长线暫和卫一在关节r轴线上截取的距离匚(1) 将坐标系耳_|£_|儿_|二1%¥石轴转动0角.使心轴与捡4行并捲向同一方向;(2) 将坐标系耳_|£_|儿_|二匚沿二口轴平移百,使工口轴与坐*q工j二耳轴重合二将坐标C7._jJC._j儿T*沿召T平移5便两坐标系的原J11 M件的反度込两夬节轴紅的显帕爆即两关节紬红公垂纱的长度 杆件的扭角将同一杆件上的一条轴线向另一条轴线平移便之相交*则此两轴线的平面交角就足该杓件的扭；ft。 兀肖变虽Q两和哪叶汗肘灿位置的变化量。

5、的方制由手定则确定中 偏置量必杆长线暫和仏在关节F轴线上截取的距离（1）将坐标系j暫_|儿二-绕二-轴转动码角使捡_|轴与暫5疔井抬向同一方向m'味A1AW左rh-bl-TinL迅L/l'-IiHZf”a£卜十J;-liJ.KlA1cos-sinff(f叮=&inQco営占0P-5)00112RPY方法是描述船舶在海中航行时姿态的一种方法。是将船航行的方向取为z轴，则绕z轴的旋转（角度为a称为滚动（Roll；把绕Y轴的旋转（角度为卩称为俯仰（Pitch；把绕X轴的旋转（角度为Y称为偏转（Yaw。cosd0gi门0(3-5)一sinff0001(3-5)cosj

6、5=mi门0013机器人轨迹规划就是根据机器人手部预定的任务设计机器人各关节位置、速度和加速度对时间的运动规律。14但机器人的运动控制的方式大体有3类：1. 点位控制（pointtopointcontrol点位控制简称PTP控制，这种控制方式仅控制机器的机械手末端的起始点和终了点的位置和姿态，有时也给出一些中间点的位姿，这种控制方式不控制起始点和终了点之间机械手末端所经过的运动轨迹。这种控制方式的特点是：能保证起始点和终了点的位姿精度，控制方式很简单。这种控制方式多用于对起始点和终了点精度要求较高的点焊、装卸、搬运作业和机器人空载运动中。2. 连续轨迹控制（continuouspathcont

7、rol这种控制方式简称CP控制。这种方式机械手末端的运动轨迹是根据实际任务规定的，机器人需要按规定的速度、加速度和规定的运动路线实现平稳的运动，与PTP控制方式不同的是需要对运动路线上很多点的位姿进行控制。这种控制方式的特点是：需要保证规定路线上的各点的位姿精度，运动比较平稳，但控制方式复杂。这种方式多用于喷漆、弧焊等作业中3随动控制(objectfollow-upcontrol这种控制方式在工业机器人上应用很少。这种控制方式主要依靠机器人装备的传感信号对机器人进行控制。这种方式对工作对象和环境密切相关。15在机器人的关节坐标空间中，机器人末端的运动由关节变量（位置、速度和加速度直接决定，所以

8、那些对路径和姿态的瞬时变化规律没有严格要求的操作，在关节坐标空间进行轨迹规划，既省时间又可以避免雅可比矩阵奇异时造成的速度失控。16在关节空间对妙L器人进疔规划规划的路径不是唯一的.满足路径上几点的釣束条件（如位姿），就可以采用不同的方石I?曲便卿数，从血牛成不同的轨迹：肉此J以川平洛的扌M巩F）来描述起始位置的关节角到口标位置的关节珀之间的运看日仏）=%：毗）=盅17在关节空间对机器人进行规划，觇划的閘神不足唯的*只要斶足路径上儿点的妁束条件（如位姿）.就町也采用不同的方法产生黄节的度函戦从而生成不同的轨如因此可以用平滑的ffiffliS数召仍来描述起始位咼的其节和到H标位置的关节対上间帥运

9、动轨迹9（站=备&化卜艮（0用脳物线过涯的统性插值对于给加起奸配曲1终了占的.总节空问轨迹规划选畀线性函疑IfffffiM加简单冲纯的战性插值公逍在结点处关节运动赴ffi不直红-理论加速底尢限儿在结点处二遣成刚性冲击°为了兗脱此缺直.生成峯億夙和速度都连续的平滑的运动馳迹.我怕猱用抛樹线插值，即器毎个绪点的那賊内晦加一段抛物钱的缎冲区段'抛物线对丁时间的二伙借数为常数，这样就保证了起始点和终了点的連度过渡平涓，任结点辿不产生跳駅.从而便舉个轨迹上的位移和速度那是连续的“柚物线插值原理如图4.1J?f示.18为了最小化整个运动时间，必须在关节约束条件的限制下，调整这些时

10、间间隔，结果大量的约束条件被包括在这个优化过程中。处理这些约束条件有多种方法：一是直接法，它是建立迭代时仅仅涉及目标函数及约束条件函数的含数值来计算；二是间接法，它是利用函数导数作为工具。般说来，如果目标函数包括约束函数导数的解析式容易求得，且计算量并不大，那么利用间接法是较为有效的，但如果函数结构复杂时采用直接法较为合理。直接法构思直观，使用方便，效果稳定，被人们广泛采用。在机器人时间最短轨迹规划中，目前采用最多的是用Nelder和Mead两人创造的柔性多面体搜索方法（即复合形法来解决时间最短问题。本文采用直接法运用MATLAB进行编程得到优化结果。19躲）农示X帯们,.+|I-.IYJ运型

11、HJ速必兔約表示天节j在切如上的运动角加題度；巧盘）表示羌节丿在切J上的运动的角加加速度;关节j的角速度的最大值用匕表示，关节J的角加速度的最大值用A.表示；关节j的最大允许珀加加速度用心表示时间最优轨迹规划的目的就是耍求解下面的最优问题。WI-III标函散化艮卩r=mln1-1约朿条件囱兰冬|,|<4肉卜6心们衣示天W在【ISJI：的运功用連肢7%们衷示兀节j柱厂git的运咖Mi團L町）表吓关彷们也|上的运动的角加加速必茉节j的ft速度的最大價川匕表用；天节j的角加遽度的最夫值用斗表示t关“丿的最人允即用加恻連度用巧表示牛时简最优執进规划的H的就是娄求解下丽的最优HS=甘标圈数几即厂=罰毕約束第件低卜耳|孙|%臥卜心43J求牌塑忧时间的堆本掠理机器人筵动的粗优时间求解原理町来不为以卜Tv涉在苗卡尔空舸中给定的机器人手部的起点和锲虫2闾，报摇丈飯21工业机器人是一种可以编程的装置，必须首先对其进行编程机器人才能工作。编程的方式主要有两种：在线编程与离线编程。在线编程是使用示教盒进行编程；离线编程是指不对实际的机器人直接进行编程，而是脱离实际工作环境，间接对机器人进行编程。2223离线编程是指主机和编程器共用一个CPU，通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程、监控和运行工作状态。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU,主机的CPU完成对现场