机器人运动学和动力学.ppt

建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（2）确定参数iai-1αi-1diθiqi1000θ1θ12l100θ2θ23l200θ3θ3l1l3l2x0y0y1x1y2x2y3x3yhxhθ3θ2θ1第37页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（3）相邻杆件位姿矩阵l1l3l2x0y0y1x1y2x2y3x3yhxhθ3θ2θ1第38页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（3）相邻杆件位姿矩阵l1l3l2x0y0y1x1y2x2y3x3yhxhθ3θ2θ1第39页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（3）相邻杆件位姿矩阵l1l3l2x0y0y1x1y2x2y3x3yhxhθ3θ2θ1第40页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（3）相邻杆件位姿矩阵l1l3l2x0y0y1x1y2x2y3x3yhxhθ3θ2θ1第41页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（4）建立方程将相邻杆件位姿矩阵依次相乘，则有：第42页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤解：（4）建立方程若用矩阵形式表示，则为：第43页,共44页，星期六，2024年，5月机器人动力学第44页,共44页，星期六，2024年，5月区别：???动力学，即既涉及运动又涉及受力情况的，或者说跟物体质量有关系的问题。常与牛顿第二定律或动能定理、动量定理等式子中含有m的学问。含有m说明要研究物体之间的的相互作用（就是力）。

???运动学，跟质量与受力无关，只研究速度、加速度、位移、位置、角速度等参量的常以质点为模型的题。只有一个物体的话研究它的质量没有什么意义，因为质量就是它的惯性大小，或被力影响的强弱，而力必须是两个物体之间的。第5页,共44页，星期六，2024年，5月机器人运动学工业机器人运动学涉及到机器人手臂(机械手)相对于固定参考坐标系原点几何关系的分析研究，特别机器人手臂末端执行器位置和姿态与关节空间变量之间的关系。这里讨论机器人运动学的两个具有理论和实际意义的基本问题：第6页,共44页，星期六，2024年，5月机器人运动学第7页,共44页，星期六，2024年，5月（1）运动学方程的正解正问题：已知关节变量qi的值，求手在空间的位姿T。正解特征：唯一性。用处：检验、校准机器人。第8页,共44页，星期六，2024年，5月（2）运动学方程的逆解逆问题：已知手在空间的位姿T，求关节变量qi的值。逆解特征分三种情况：多解、唯一解、无解。多解的选择原则：最近原则。计算方法：逆递推法第9页,共44页，星期六，2024年，5月运动学方程的模型：T=f(qi)，i=1，…，nT——机器人手在空间的位姿qi——机器人各个关节变量建立并求解运动学方程第10页,共44页，星期六，2024年，5月杆件坐标系的建立坐标系号的分配方法机器人的各连杆通过关节连接在一起，关节有移动副与转动副两种。按从机座到末端执行器的顺序，由低到高依次为各关节和各连杆编号，如图1.15所示。机座的编号为杆件0，与机座相连的连杆编号为杆件1，依此类推。机座与连杆1的关节编号为关节1，连杆1与连杆2的连接关节编号为2，依此类推。各连杆的坐标系Z轴方向与关节轴线重合(对于移动关节，Z轴线沿此关节移动方向)。第11页,共44页，星期六，2024年，5月杆件坐标系的建立末端执行器上的坐标系依据夹持器(手爪)手指的运动方向固定在末端执行器上。原点位于形心；Xn沿末端执行器手指组成的平面的法向，故又被称为法线矢量；Yn垂直于手指，称为姿态矢量。Zn的方向朝外指向目标，称为接近矢量。第12页,共44页，星期六，2024年，5月建立并求解运动学方程1、运动学方程建立步骤（1）建立坐标系（2）确定参数（3）相邻杆件的位姿矩阵（4）建立方程第13页,共44页，星期六，2024年，5月1、运动学方程建立步骤（1）建立坐标系①机座坐标系{0}②杆件坐标系