工业机器人复习材料.pdf

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1、1/71/7 一、第一章第八章：概念 1、位姿描述：在参考坐标系中，对三维空间物体的位置和姿态的描述 2、运动学：运动的全部几何和时间特性 3、正运动学：计算工具坐标系相对于基坐标系的位置和姿态 4、自由度：指操作臂中具有独立位置变量的数目，这些变量确定了机构中所有部件的位置 5、逆运动学：给定操作臂末端执行器的位置和姿态，计算所有可达给定位置和姿态的关节角 6、雅克比矩阵：是多元形式的导数，定义了关节空间速度向笛卡尔空间速度的映射 7、奇异点：操作臂失去一个或多个自由度的点，是雅克比矩阵为奇异时的解 8、动力学：研究操作臂运动与所需力的关系的领域 9、轨迹：操作臂每个自由度的位置、速度、加速

2、度的时间历程 10、工作空间：操作臂末端执行器可移动到所有位置的集合 11、位置控制：使操作臂沿着期望轨迹运动的控制 12、坐标系：在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据的方法，称为坐标系。13、力控制：操作臂对力的控制，是对位置控制的补偿 14、机器人编程语言：用户与机器人交互的接口，用来描述机器人的空间运动并进行控制。15、离线编程：当编程中，允许生产设备继续工作的编程环境 16、机器人系统组成：1）操作臂 2）末端执行器 3）外部传感器和执行器 4）控2/72/7 制器 17、自由度数目的选取标准：应与所要完成的任务相匹配 18、自由度的计算公式及其含义：if

3、nlF)(1；F为自由度数，l为构件数，n为关节数，为第 i个工件的自由度。19、操作臂的运动学构型：笛卡尔操作臂；铰接型操作臂；操作臂；球面坐标性操作臂；圆柱坐标型操作臂；腕关节 20、微操作臂：由安装在“传统”操作臂末端附近的快速而精确的自由度构成的操作臂。（传统操作臂负责大的范围的运动，微操作臂具有小的运动范围，负责完成精细的运动与力的控制）21、连杆长度：相邻两个关节轴之间的共垂线的长度。22、连杆转角：相邻两个关节轴相对位置的转角 23、连杆偏距：沿两个相邻连杆公共轴线方向的距离 24、关节角：两个相邻连杆绕公共轴线旋转的夹角 二、第二章：空间位姿描述 1、位置描述：用一个矩阵Tzy

4、xpppp 表示，如果表示成Tzyxpppp1则是齐次坐标表示方法。2、姿态描述：用一个 33的旋转矩阵 R描述。3、概念补充：1）pA表示以 A坐标系为测量基准，点 p在 A坐标系下的坐标；2）RAB表示以 A坐标系为测量基准，B坐标系相对于 A的旋转姿态。3）旋转时，以逆时针为正；以固定坐标系为参考时（如世界坐标系；固定角）按3/73/7 旋转顺序依次左乘；以运动坐标系为参考时（欧拉角）按旋转顺序依次右乘。一般采用以运动坐标系为参考。4）旋转矩阵都是标准正交矩阵，即TABABRR1且1RAB；可用来判断一个矩阵是否是旋转矩阵。（求逆方式：应用初等行变换133REERABAB）5）坐标变换矩

5、阵：131BORGAABABPRT，求此矩阵时可分块求出；判断其时分别检验各块。4、计算公式：1）BORGABABAPPRP或11PTPBABA；用来计算已知 B 坐标系，求 A 坐标系；其中RAB表示 B坐标系相对于 A坐标系的旋转矩阵；BORGAP表示在 B坐标系的原点在 A坐标系中的位置。2）TABBARR；BORGATABAORGBPRP；1 TTABBA；3）PTTPCBCABA，在 P左侧依次右乘；4）欧拉角：ccscssccssccssscssscsccsscccccssccssccsscRRRRXYZXYZAB000010010010000)()()(4/74/7 三、第三章：

6、1、概念：1）关节轴线：旋转副的旋转轴、移动副的平移方向；2）公垂线：相邻关节轴线的公垂线（如果关节轴线相交，则公垂线长度为 0）；2、坐标变换 AB（只针对于低副）1）A沿 x轴方向平移1ia；2）A绕 x轴转1i；3）A沿 z平移id；4）A沿 z旋转i；注：1）2）是固定角下；3）4）也是固定角下；之间用欧拉角变换连接；即对 x的平移与旋转可颠倒，且平移与旋转是相对于 1坐标系；对 z的平移与旋转可颠倒，且平移与旋转是相对于 i坐标系；但是 x与 z的变换不能颠倒。之后依次右乘，其中逆时针转动为正，沿轴正向为正；3、x 轴方向与公垂线方向相同；z 轴方向与关节轴线方向相同；y 轴方向由右

7、手螺旋定则（四指从 x轴正向转向 y周正向，大拇指为 z轴正向）确定。5/75/7 4、做题步骤：建立坐标系列参数表得出 T右乘 求总变换矩阵。建立坐标系：重点在于 z轴指向、x轴指向与坐标系原点 1）首先确定 z轴指向：z轴方向与关节轴线方向相同（即对旋转副而言 z轴为关节轴线，移动副而言 z轴为平移方向）能确定所有的 z轴指向；2）看相邻坐标系（假定 1 与 i 坐标系）z 轴指向是否变化，如果 z 轴指向变化，则 1坐标系中 x方向，垂直于 1与 i坐标系中两个 z轴所构成的平面；3）如果相邻坐标系 z轴指向一样，且公垂线长度非零，则 1坐标系中 x轴方向与公垂线方向相同；4）如果公垂线

8、长度为 0，则 x指向可以随意指定，但尽量取与前后杆坐标系 x的方向相同；5）若相邻两个关节的关节轴线相交，则 1坐标系建立在轴线交点处；6）若某关节是移动副，则该关节的坐标系一般建立在移动副上；7）绝对坐标系（基坐标系）可随意选取位置，但尽量与杆 1相同；8）其余情况一般建立在副上，且尽量保证重合；列参数表 1）逆时针转动为正：绕哪个轴转，就从那个轴的反向方向去看，确定顺逆方向；比如绕 x 方向转一定角度，就让 x 正向指向自己，去看平面坐标轴的旋转角度。6/76/7 左侧两个图都是绕 x转-90 这方面内容与数控 G02、G03选用类似。2）列表的时候注意已知量（杆长等）与未知量（副的相对

9、转动，副的相对位移）得出 T：10000111111111iiiiiiiiiiiiiiiiiidccvscssdsscccsascT 总变换矩阵：TTT231213依次右乘 四、第五章：雅克比矩阵 1、求偏导，构成行列式就行。注意好线速度和角速度；线速度是位置，角速度是姿态；平面内有 2个位置上的自由度，一个姿态上的自由度。2、若雅克比矩阵为方阵，奇异是雅克比矩阵为 0的点；行数大于列数，则说明缺少构件，每个位置上都是奇异的；列数大于行数，则说明有冗余自由度，一般没有奇异点 五、第七章：轨迹规划 1、三次多项式 332210tatataat)(；232132tataat)(；taat3262)(7/77/7 一般给 4个边界条件+期望时间带入求解即可。2、五次多项式 如果要确定路径起终点、速度、加速度，要用五次多项式插值。六、第九章：线性控制 1、对二阶线性系统时域式进行拉普拉斯变换，化简后可得0222nnss，式中n为固有频率，为阻尼比（1过阻尼；1临界阻尼；1欠阻尼）。2、应用积分项（）可以有效地消除恒定误差。