机器人技术基础及应用 课件 项目二 认识机器人运动控制+任务四 认识工业机器人动力学与运动学

机器人技术基础及应用教研室：机器人技术

项目二认识工业机器人运动控制

任务四认识工业机器人动力学与运动学目录任务工单2任务提出1任务准备3任务总结5任务实施4一、任务提出任务提出本任务主要研究工业机器人的动力学与运动学。动力学研究包括:机器人各关节的作用力矩(或力)已知，求解机器人各关节的位移、速度和加速度(即运动轨迹)的正动力学问题分析；以及已知机器人各关节的位移、速度和加速度，求解所需要的关节驱动力矩(或力)的逆动力学问题分析。二、任务工单任务工单项目名称项目二

初识工业机器人运动控制任务名称任务四

初识工业机器人动力学与运动学实训场地

实训设备

学

时

班

级

学号

姓

名

工位号

知识目标（1）了解工业机器人动力学。（2）了解工业机器人运动学方程。（3）了解分析工业机器人正、逆运动学。技能目标（1）能够分析工业机器人正运动学实例。素质目标（1）增长见闻、关注行业；（2）安全生产、提高效率；（3）文明生产、保证质量；（4）提升自信、服务产业。任

务

内

容1.工业机器人正、逆动力学问题。

2.分析工业机器人逆运动学实例

3.工业机器人逆运动学三、任务准备（一）思维导图三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人动力学1）正动力学问题2)逆动力学问题。三、任务准备（二）知识详解三、任务准备2.工业机器人运动学方程（二）知识详解三、任务准备2.工业机器人运动学方程（二）知识详解三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例1）平面关节机器人的运动学方程

SCARA装配机器人的坐标系a）坐标系一b）坐标系二三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例1）平面关节机器人的运动学方程

SCARA装配机器人的连杆参数三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例1）平面关节机器人的运动学方程三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例1）平面关节机器人的运动学方程三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例1）平面关节机器人的运动学方程例题：三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例2)斯坦福(STANFORD)机器人的运动学方程坐标系三、任务准备（二）知识详解3.分析工业机器人正运动学实例2)斯坦福(STANFORD)机器人的运动学方程连杆参数三、任务准备（二）知识详解4.分析工业机器人逆运动学实例1）解可能不存在如右图所示的3自由度平面关节型机械手，假如给定末端执行器位置矢量

位于外半径为,与内半径为

的圆环之外，则无法求出逆解

及

即该逆解不存在。三、任务准备（二）知识详解4.分析工业机器人逆运动学实例2）解的多重性如右图a所示，是一个2自由度平面关节型机械手出现两个逆解的情况。对于给定的在机器人工作域内的未端执行器位置，可得两个逆解。末端执行器是不能以任意方向到达目标点的。如右图b所示，增加一个手腕关节自由度，3自由度平面关节机械手即可实现末端执行器以任意方向到达目标点。ab三、任务准备（二）知识详解4.分析工业机器人逆运动学实例3）求解方法的多样性从计算方法的计算效率、计算精度等要求出发，选择较好的解法。根据具体情况，在避免碰撞的前提下，按“最短行程”的原则来择优，使每个关节的移动量最小。由于工业机器人连杆的尺寸大小不同，因此，应遵循“多移动小关节、少移动大关节”的原则。四、任务实施1.填空题（1）已知机器人各执行器的驱动力或力矩，求解机器人关节变量在关节变量空间的轨迹或末端执行器在笛卡尔空间的轨迹，称为

动力学问题。（2）SCARA装配机器人一般具有一个肩关节、一个

和一个腕关节，且3个关节的轴线是相互平行的。（3）大部分机器人动力学问题均可采用

方程求解。（4）机器人逆运动学求解有多种方法，一般分为

和数值解两类。（5）由于工业机器人连杆的尺寸大小不同，因此，应遵循“多移动

关节、少移动

关节”的原则。四、任务实施2.判断题（1）牛顿-欧拉法运算量最小。（）（2）已知机器人在关节变量空间的轨迹，或末端执行器在笛卡尔空间的轨迹（轨迹已被规划），求解机器人各执行器的驱动力或力矩，称为机器人动力学方程的反面求解，简称为逆动力学问题。（）（3）机器人的逆运动学问题不可能出现多解。（）（4）凯恩动力学法运算量最小、效率最高、处理闭链机构的机器人动力学方面有一定的优势。（）（5）正向运动学是已知机器人各个关节的变量，建立运动学方程，求解末端执行器的位姿。（）四、任务实施3.技能实践1.计算题：（1）图2