2022年工业机器人技术课程总结2 .docx

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1、；工业机器人技术课程总结-可编辑修改 -任课： 班级： 学号： 姓名：之前在工厂实习学问和操作过许多工业机器人,有焊接机器人,涂装机器人, 总装机器人等, 但是学习了盖老师教授的工业机器人课程, 才真正算是进入了工业机器人的理论世界学习机器人的相关学问；以下是课程总结；一、第一章主要是对机器人的概述, 从机器人的功能和应用、 机器人的机构以及机器人的规格全面出现学习机器人的框架；研制机器人的最初目的是为了帮忙人们摆脱繁重劳动或简洁的重复劳动,以及替代人到有辐射等危急环境中进行作业, 因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用； 随着机器人技术的不断进展, 工业领域的焊接、 喷漆、搬运、装配

2、、铸造等场合,己经开头大量使用机器人；另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务消遣行业, 也都开头使用机器人； 本书主要介绍工业机器人,对譬如军用机器人等涉及不多；机器人的机构方面,主要介绍了操作臂的工作空间形式、手腕、手爪、和闭链结构操作臂；工作空间形式常见的有直角坐标式机器人、 圆柱坐标式机器人、球（极） 坐标式机器人、 SCARA 机器人以及关节式机器人；手腕的形式也可分为二自由度球形手腕、 三轴垂直相交的手腕以及连续转动手腕； 同时手爪也可分为夹持式手爪、多关节多指手爪、顺应手爪；机器人的其他规格主要介绍驱动方式、自动 插补放大、坐标轴数、工作空间、承载才能、速度和循环时间

3、、定位基准和重复 性以及机器人的运行环境； 第一章的内容主要是对机器人各个方面有个简洁的介绍使机器人更形象化和详细化； 工业机器人定义为一种拟人手臂、 手腕和手功能的机电一体扮装置, 能将对象或工具依据空间位置姿势的要求移动,从而完成某一生产的作业要求；工业机械应用：主要代替人从事危急、有害、有毒、低温顺 高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动；它带来的好处：减 少劳动力费用提高生产率改进产品质量增加制造过程柔性削减材料铺张掌握和加快库存的周转排除了危急和恶劣的劳动岗位；机器人的直角坐标型： 结构简洁； 定位精度高；空间利用率低；操作范畴小；实际应用较少；圆柱坐标型：结构简单；刚

4、性好；空间利用率低；用于重物的装卸和搬运；球坐标型：结构紧凑,所占空间较小；关节坐标型：动作范畴宽；其次章主要叙述了位姿描述和齐次变换； 刚体的位姿是指刚体参考点的位置； 对组成工业机器人的每一个连杆都可以看作是一个刚体；如给定了刚体上某一点的 位置和该刚体在空间的姿势, 就这个刚体在空间上是完全确定的； 设有一刚体 Q, 如图 2-4 所示,在刚体上选任一点 OOXYZ原点位置的描述以及对动坐标系三个坐标轴方向的描述刚体的姿势描述方法主 要分为齐次变换法,矢量法,旋量法,四元数法等,它们的作用都是将运动、变换和映射与矩阵运算联系起来； 位置的描述 （位置矢量） 对于不同的坐标系比如直角坐标系

5、, 圆柱坐标和球面坐标都有特定的位置矢量来描述； 而方位的描述可以用旋转矩阵来表示刚体 B 相对于坐标系 A 的方位；坐标系B的三个单位主矢量相对于坐标系 A的方向余弦,其中正交矩阵,满意关系应当如下r11r12r13ARAxA yA zrrrA xA xA yA yA zA z1BBBB212223r rrBBBBBBA1ATAA AAAAAB RB R ;B R1313233xByByBzBzBxB0而为了完全描述刚体的位姿,需要已知物体B 相对于坐标系 A的位置矢量和旋转矩阵；当然也可以只表示位置或者方向,但是坐标系B 的相应的形式会有不同；假如只表示位置时,假如只表示方位时, 坐标系B

6、 的形式为；对于手爪的描述大致可分为手 爪坐标系与手爪固接一起的坐标系； z 轴手指接近物体的方向,接近矢量 aapproachy轴两手指的连线方向,方位矢量oorientationx轴右手法就规定, n=o a, nnormal ；而坐标变换可分为坐标平移和坐标旋转；齐 次变换具有较直观的几何意义, 和非齐次交换相比, 它特别适合描述坐标系之间的变换关系； 另外, 齐次变换可以将旋转变换与平移变换用一个矩阵来表达,关系明确,表达简洁；所以常用于解决工业机器人运动学问题；齐次变换的优点：书写简洁,表达便利,在运算机图形学,运算机视觉有广泛应用；齐次坐标的表示不是唯独的；假如将列阵 p 中的元素

7、同乘一非零系数w 后,仍旧代表同一点 P；齐次变换矩阵 T 除了实现点在不同坐标系的映射外,仍可说明为描述B相对于 A的位姿（位置加方位）；齐次变换矩阵也代表坐标平移与坐标旋转的复合将其分解成两个矩阵相乘的形式之后就可以看出这一点；齐次变换矩阵的物理TT含义是指作为坐标变换、 坐标系的描述和运动算子, 仍可以定义齐次变换矩阵的运算；变换矩阵求逆指已知坐标系 B 相对A 的描述,期望得到 B 相对A 的描述；求逆方法分为直接对齐次变换矩阵求逆利用其次变换矩阵的特点,简化矩阵求逆运算；其运算方法有直接运算逆矩阵和其它方法；建立变换方程TTTB WBSWTSGGGTT通过方程运算 TS1 BTTGS

8、1 BWTTWT；至于欧拉角与 RPY 角,引入其它参数法表示仍是很有必要性的：旋转矩阵R 用 9 个元素表示 3 个独立变量, 表示不便利, 自然存在用 3 个参数方法； R 作为算子或变换使用比较便利, 作为方位的描述并不便利, 需要输入较多信息； 广泛的应用于航天、航海和天文学；about z axisabout new y axisabout new x axis rotation欧拉角描述坐标系 B 的方法如下： B 的初始方位与参考系 A 重合；第一将 B 绕 zB 转阿尔法角,再绕 yB 转白塔角,最终绕 xB 转伽马角；这种描述中的各次转动都是相对运动坐标系的某轴进行的,而不是

9、相对于固定的参考系 A；这样的三次转动称为欧拉角； 又因转动的次序是绕 z 轴,y 轴和 x 轴,故称这种描述为 z-y-x（欧拉角） ；这种描述中的各次转动都是相对运动坐标系的某轴进行的,而不是相对于固定的参考系 A；这样的三次转动称为欧拉角, 又因转动的次序是绕 z 轴,y 轴和 x 轴,故称这种描述为 z-y-z（欧拉角）；旋转变换通式可表示为：kxkxVer scky kxVer skz skzkxVer sky sR,kx kyVer skz sky k yVer sckzk yVer skx skxkzVer sky sky kzVer skx skzkzVer scVers 1c

10、os,ssin,ccos, kxax , kyay , kzaz旋转变换通式解决了依据转轴和转角建立相应旋转变换矩阵的问题；反向问题就是依据旋转矩阵求其等效转轴与等效转角； 两点值得留意多值性, k,不是唯独的,仍存在另外一组解 ：病态情形,当转角很小时,由于式 2.65 的分子、分母都很小,转轴难于确定；当接近 0 或180 是无法确定,需另找新方法；可以证明： 任何一组绕过原点的轴线的复合转动总是等效于绕某一过原点的轴线转动Rk, 自由矢量： 维数、大小和方向, 如速度矢量和纯力矩矢量； 线矢量： 维数、大小、方向和作用线,如力矢量；速度矢量在不同坐标系B A之间的映射只与AR 相关；即有

11、vA RB v,而与坐标原定的位置A pB0 无关；纯力矩矢量在不BAAB同坐标系 BA之间的映射只与 R 相关；即有nB Rn ,而与坐标原定的位置A pB0 无关；有关线矢量的描述比较复杂,超出本课程范畴,需要引入旋量法等；第三章主要跟随老师一起学习了操作臂运动学；操作臂运动学： 各连杆间的位移关系：速度关系,加速度关系操作臂：开式运动链转动关节、移动关节； 轨迹规划： 操作臂末端执行器相对固定参考系的空间描述关节（运动副） 分为高副和低副, 低副：旋转副、平移副、 圆柱副、平面副、螺旋副、球面副连杆：保持其两端的关节轴线具有固定的几何关系；轴线：打算了连杆的特点连杆i-1是由关节轴线 i

12、-1 和 i 的公法线长度 ai-1i-1 所规定的；特别情形：两i-10；两轴线相交得： ai-1 0,i-1 指向不定；连杆 i-1：长度 ai-1 关节轴线 i-1 指向关节轴 i 的公法线长度（恒为正）；i-1从轴线 i-1绕公垂线转至轴线i 的夹角（可正可负）；连杆的变换通式：i 1siTc ii c i 1s ic i ci 10s i 1ai 1di s i 1s i s i 1c i s i 1c i 1dici 10001同时 PUMA560 运动学方程的大致建立步骤：设定各个连杆坐标系,列出相应的连杆参数； 写出各个连杆变换； 写出手臂变换矩阵和运动学方程可简洁表示为0 T

13、0 T 1T 2 T 3 T 4 T 5T6112233445566运动学正解（ where ）：依据关节变量 qi 的值,运算机器人末端抓手或工具相对于工作站的位姿； （对于每一组关节变量值,有唯独确定的解,求解简洁；）运动学反解（ solve ）： 为了使机器人所握工具相对于工作站的位姿满意给定要求, 运算相应的关节变量； 运动学反解的几个重要特点：a、将问题细分成几个子问题 b、每个子问题可能无解、有一个解或多个解（与执行的形体有关）c、假如某个子问题有多解, 整个求解过程应考虑对应子问题每一个解的情形； 求解方法： Paul 的反变换法, Lee 几何法和 Pieper 的方法； 6 个自由度的机器人具有封闭反解的充分条件（Pieper 准就）1 三个相邻关节轴交于一点；（PUMA 、Stanford机器人） 2 三个相邻关节轴相互平行；（ASEA , MINIMOVER机器人）对于满意条件（ 1）的机器人（如 PUMA ）,运动学方程可分解为003TTT 636式中：规定腕部参考点的位置,规定腕部的方位； 求解步骤：（1）腕部位置的反解,32 1,主要利用消元法和三角函数中的几何代换公式, 将超越方程代数方程 .（ 2）腕部方程的反解,求出数值,利用相对应的欧拉角