第三讲机器人运动学和动力学(一)

讲座内容位置姿态描述齐次坐标及齐次变换机器人连杆参数及D-H坐标变换机器人运动学方程微分运动学的概念机器人动力学方程

当前第1页\共有37页\编于星期三\8点位置姿态描述空间点的描述zAxAyAApoA当前第2页\共有37页\编于星期三\8点位置姿态描述zAxAyAApBOoAoBzByBxB位置矢量旋转矩阵刚体位姿当前第3页\共有37页\编于星期三\8点坐标变换的概念zAxAyAApoAoBzByBxBBp坐标平移：坐标旋转：一般变换：当前第4页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换齐次坐标：齐次变换阵：当前第5页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换齐次变换：当前第6页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换n－接近矢量（z轴）o－方向矢量（y轴）a－法向矢量（x轴）机器人手爪坐标系当前第7页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换齐次坐标展开：当前第8页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换齐次坐标变换阵的运算：当前第9页\共有37页\编于星期三\8点齐次坐标及齐次变换齐次坐标变换阵的求逆运算：当前第10页\共有37页\编于星期三\8点机器人坐标系及其变换｛B｝－基座坐标系｛S｝－工作台坐标系｛W｝－腕坐标系｛T｝－工具坐标系｛G｝－目标坐标系空间尺寸链：当前第11页\共有37页\编于星期三\8点机器人连杆参数及D-H坐标变换连杆的简化：当前第12页\共有37页\编于星期三\8点机器人连杆参数及D-H坐标变换转动关节连杆的参数：当前第13页\共有37页\编于星期三\8点机器人连杆参数及D-H坐标变换移动关节连杆的参数：连杆长度ai

：连杆扭角

i偏置di：关节角

i两个关节轴线i和i+1沿公垂线的距离两个轴线的夹角沿关节i轴线方向，两个公垂线之间的距离。垂直于关节轴线的平面内，两个公垂线投影的夹角。本方法由Denavit和Hartenberg于1955年提出。当前第14页\共有37页\编于星期三\8点机器人连杆参数及D-H坐标变换连杆坐标系的建立及D-H坐标变换转动连杆坐标系的建立当前第15页\共有37页\编于星期三\8点机器人连杆参数及D-H坐标变换连杆坐标系的建立及D-H坐标变换当前第16页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程描述手部坐标系相对于固定参考系的位姿机器人运动学方程的一般形式建立连杆坐标系当前第17页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程机器人运动学方程的应用一、正向运动学二、反向运动学建立机器人运动学方程，已知各关节变量时，求取终端（手部）位姿。已知终端（手部）位姿，求各关节变量。当前第18页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人SCARA机器人连杆参数表当前第19页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人连杆1:连杆2:连杆3:当前第20页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人连杆1:当前第21页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人连杆2:当前第22页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人连杆3:当前第23页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人运动学方程:式中:当前第24页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例一平面关节（SCARA)机器人手部姿态:关节参数:当前第25页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人PUMA机器人连杆参数表当前第26页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆1:当前第27页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆2:当前第28页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆3:当前第29页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆4:当前第30页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆5:当前第31页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人连杆6:当前第32页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程正向运动学实例二PUMA560六自由度机器人运动学方程:当前第33页\共有37页\编于星期三\8点机器人运动学方程式中:当前第34页\共有37页\编于星期三\8点结束第三讲（一）完！当前第35页\共有37页\编于星期三\8点坐标旋转ApzAxAyAoA