《高等机构学》课程教学课件（PPT讲稿）第九章 机械人与机械臂的机构学分析

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法第九章机械人与机械臂的机构学分析raildey09322d1q11G(a,0)023end-effector312P2武汉理工大学WuhanUniversityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 第九章 机械人与机械臂的机构学分析

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法机器人初探9.1机器人基础知识学习目标机器人运动学基本问题及齐次变换矩阵9.2机器人正、逆运动学研究动力学的研究方法9.3机械臂动力学案例PID基本理论9.4线性化、伺服补偿器构成的动态控制武汉理工大学WuhanUniversityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 学 习 目 标 机器人初探 机器人基础知识 机器人运动学基本问题及齐次变换矩阵 机器人正、逆运动学研究 动力学的研究方法 机械臂动力学案例 PID基本理论 9.1 9.2 9.3 9.4 线性化、伺服补偿器构成的动态控制

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法9.1.1机器人初探·机器人三原则：1.机器人不应该伤害人类；2.机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3.机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。武汉理工大学WuhanUniversityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 9.1.1 机器人初探 • 机器人三原则： 1. 机器人不应该伤害人类； 2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背 的命令除外； 3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者 除外

高等机构学第三章空间连杆机构运动分折的雉阵方法·机器人的主要特征：1.结构上：模拟了动物（特别是人）的肢体功能，空间上构成多轴驱动机器2.通用性和灵活性：可通过编程改变机器人所完成的工作人。3.智能性：自主完成一定操作。武汉理工大学Wuhan Universityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 • 机器人的主要特征： 1. 结构上：模拟了动物（特别是人）的肢体功 能，空间上构成多轴驱动机器。 2. 通用性和灵活性：可通过编程改变机器人所 完成的工作人。 3. 智能性：自主完成一定操作

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法·机器人的分类超大型机器大型机器按负载能力利中型机器动作空间划分小型机器超小型机器，第一代机器人机器人按技术等级划第二代机器分第三代机器人工业机器人按开发内容利目的分特种机器人武汉理工大学WuhanUniversityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 • 机器人的分类 机器人 按负载能力和 动作空间划分 超大型机器人 大型机器人 中型机器人 小型机器人 超小型机器人 按技术等级划 分 第一代机器人 第二代机器人 第三代机器人 按开发内容和 目的分 工业机器人 特种机器人

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法·机器人的控制与编程根据外界环境确定任务组织级计算目标任务在笛卡尔空间的位姿八确定运动轨迹（点动或轨迹）外部反馈转换为关节空间角度协调级转化为电机的给定值儿内部反馈电机的伺服控制执行A级任务执行武汉理工大学Wuhan Universityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 • 机器人的控制与编程 根据外界环境确定任务 确定运动轨迹（点动或轨迹） 转换为关节空间角度 转化为电机的给定值 电机的伺服控制 计算目标任务在笛卡尔空间的位姿 任务执行 内 部 反 馈 外 部 反 馈 组 织 级 协 调 级 执 行 级

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法9.1.1机器人基础知识·坐标与其齐次变换1.两坐标之间的旋转变换如图所示两个坐标系：A={vpn,u,v} 和 B[x,y',z")矩阵Q：AB的旋转矩阵。PA =[x,y,z]：点P在坐标系A中的矢量表示;P=[s,n,s]}"：点P在坐标系B中的矢量表示AVX则有:PPB = Q· PAuC7vpn武汉理工大学Wuhan Universityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 9.1.1 机器人基础知识 • 坐标与其齐次变换 1. 两坐标之间的旋转变换 如图所示两个坐标系：A={vpn,u,v} 和 B{x’,y’,z’} 矩阵Q：A B的旋转矩阵。 ：点P在坐标系A中的矢量表示； ：点P在坐标系B中的矢量表示 则有： (1) T p A = [x,y ,z] T p B = [,,] pB Q pA = 

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法·原点移动的坐标变换如图所示：PB。：坐标系(A}下OB点的位置矢量;Bp ：坐标系(B)下任一点p的位置矢量;p：坐标系(A}下p点的位置矢量。则有：+(2)B)(2)式在坐标系(A)中表达式 ：4(A)("p)A =(pB.)^ +(Bp)A(3)0:YBP04XByA(4)+QA'px武汉理工大学Wuhan Universityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 • 原点移动的坐标变换 如图所示： ：坐标系{A}下 点的位置矢量； ：坐标系{B}下任一点p的位置矢量； ：坐标系{A}下p点的位置矢量。 则有： (2) (2)式在坐标系{A}中表达式： (3) (4) B o A p o B p B p A p p p B B A A o = + A B B A A A A p p p o ( ) =( ) +( ) p p Q p B A B A A o = +

高等机构学第三章空间连杆机构运动分折的雉阵方法齐次坐标一般的坐标变换包含非齐次项，如式（2）所示：("p)A =("p, )A +(Bp)A（"p，）是与p无关的，通过引入其次坐标，这样的变换仍然可以用齐次坐标的形式表示。p的齐次坐标形式：PMpm1B则（2）式的齐次坐标形式为：4(A)O1VBpA=T·B其中：TPi0, 1XB0AX武汉理工大学WuhanUniversityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 齐次坐标 一般的坐标变换包含非齐次项，如式（2）所示： 是与p无关的，通过引入其次坐标，这样的变换仍然可 以用齐次坐标的形式表示。 p 的齐次坐标形式： 则（2）式的齐次坐标形式为： 其中： A B B A A A A p p p o ( ) =( ) +( ) B A A o ( p )       = 1 ' M M p p B A p A T p ' ' =         = 0,1 Bo A A A Q p T

高等机构学第三章空间连杆机构运动分析的短阵方法本节主要内容9.2.1.机器人与机械臂运动学基本问题9.2.2.机器人与机械臂的位置和姿态9.2.3.齐次变换及其运算9.2.4.机器人与机械臂正向运动学9.2.5.机器人与机械臂逆向运动学武汉理工大学Wuhan Universityof Technology

Wuhan University of Technology 武汉理工大学 高等机构学 第三章空间连杆机构运动分析的矩阵方法 本节主要内容 9.2.1. 机器人与机械臂运动学基本问题 9.2.2. 机器人与机械臂的位置和姿态 9.2.3. 齐次变换及其运算 9.2.4. 机器人与机械臂正向运动学 9.2.5. 机器人与机械臂逆向运动学