机器人学导论,第三章第四章.pptx

### 机器人学导论——操作臂运动学 #### 第三章 操作臂运动学 **章节概述** 本章主要探讨了操作臂运动学的基本概念及其应用。运动学研究的重点在于理解机械臂各部分间的位移关系，特别是关注于位移而非力的影响。章节通过实例深入分析了正运动学问题，并介绍了连杆描述、关节类型等内容。 **3.1 操作臂运动学概览** - **定义与目标**：操作臂运动学旨在研究机械臂运动特性，不涉及产生运动所需的力。其核心任务是确定给定关节角度下的末端执行器位姿。 - **正运动学**：这一分支关注于如何根据已知的关节转角来确定机械臂末端执行器的位置和姿态。 - **连杆与关节**：机械臂被视为由多个连杆组成的运动链，这些连杆通过不同类型的关节连接在一起。 **3.2 连杆描述** - **连杆概念**：连杆是构成机械臂的基本单元，由刚体组成并通过关节相连。 - **低副关节类型**：介绍了一系列常见的低副关节，包括转动副、移动副等。 - **连杆编号**：连杆从基座开始编号，基座通常被称为连杆0。 - **连杆参数**：描述连杆及其连接的关键参数有连杆长度\(a\)、连杆转角\(\alpha\)、连杆偏距\(d\)和关节角\(\theta\)。 - **Denavit-Hartenberg (D-H) 参数**：这是一种标准化的方法，用于描述连杆之间的相对位置和取向。 **3.3 关于连杆连接的描述** - **连杆偏距与关节角**：连杆偏距\(d\)表示沿两个相邻连杆公共轴线方向的距离；关节角\(\theta\)表示两相邻连杆绕公共轴线旋转的夹角。 - **连杆坐标系**：为便于分析，每根连杆都会设定一个局部坐标系。这些坐标系的布局遵循一定的规则，以便简化模型并确保前后一致。 **3.4 PUMA560 机器人运动方程** - **变换矩阵**：通过计算各个连杆的变换矩阵并将其相乘，可以得出整个机械臂的变换矩阵。 - **正解与反解**：正解指根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态；反解则是已知期望位置和姿态，求解相应的关节角度。 ### 第四章 操作臂逆运动学 **章节概述** 本章聚焦于操作臂的逆运动学问题，即如何根据已知的工具坐标系相对于工作台坐标系的期望位置和姿态，计算出满足要求的一系列关节角。 **逆运动学问题的复杂性** - **多解性**：逆运动学问题往往存在多个可能的解。解决这个问题时，需要根据实际应用场景选择合适的解。 - **剔除多余解的原则**： - 根据关节运动空间合适的解。 - 选择一个与前一采样时间最接近的解。 - 根据避障要求选择合适的解。 - 逐级剔除多余解。 - **可解性**：所有具有转动和移动关节的系统，在一个单一串联中总共有6个（或小于6个）自由度时，是可解的。对于具有6个自由度的机器人，在特定条件下（如多个关节轴线相交）可以获得解析解。 通过以上内容的学习，我们可以了解到操作臂运动学是机器人技术中的一个核心领域，涉及到机械臂的设计、控制及优化等多个方面。无论是正运动学还是逆运动学，都是实现精确控制的基础。此外，通过对连杆描述、关节类型等基础知识的掌握，有助于更好地理解和解决实际问题。