机器人控制技术及编程语言 (6).ppt

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1、六、机器人运动学六、机器人运动学 Robot kinematics 目录页CONTENTSCONTENTS目录目录机器人运动学机器人运动学 研究对象研究对象1 1机器人运动学机器人运动学 研究问题研究问题2 2机器人运动学机器人运动学 研究内容研究内容3 3 机器人运动学机器人运动学 n机器人运机器人运动学主要是把机器人相学主要是把机器人相对于固定参考系的运于固定参考系的运动作作为时间的函数的函数进行分析研究，而不考行分析研究，而不考虑引起引起这些运些运动的力和力矩的力和力矩 n将机器人的空将机器人的空间位移解析地表示位移解析地表示为时间的函数，特的函数，特别是研究机器人关是研究机器人关节变量

2、空量空间和机器人末端和机器人末端执行器位置和行器位置和姿姿态之之间的关系。的关系。图图 1-01 机械臂示意图机械臂示意图ZXYzxyOo机机座座一、一、研究的研究的对象象机器人从机构形式上分机器人从机构形式上分为两种：两种：一种是关一种是关节式串式串联机器人，机器人，另外一种是并另外一种是并联机器人。机器人。这两种机器人有所不同：这两种机器人有所不同：这两种机器人有所不同：这两种机器人有所不同：串串串串联联联联机机机机器器器器人人人人：工工工工作作作作空空空空间间间间大大大大，灵灵灵灵活活活活，刚刚刚刚度度度度差差差差，负负负负载载载载小小小小，误误误误差累积并放大。差累积并放大。差累积并放

3、大。差累积并放大。并并并并联联联联机机机机器器器器人人人人：刚刚刚刚性性性性好好好好，负负负负载载载载大大大大，误误误误差差差差不不不不积积积积累累累累，工工工工作作作作空空空空间间间间小，姿态范围不大。小，姿态范围不大。小，姿态范围不大。小，姿态范围不大。本运动学模块以分析本运动学模块以分析本运动学模块以分析本运动学模块以分析串联关节机器人运动学串联关节机器人运动学串联关节机器人运动学串联关节机器人运动学为主。为主。为主。为主。是由是由若干关节若干关节连接在一起的杆件组成的具有连接在一起的杆件组成的具有多个自由度多个自由度的的开链型开链型空间连杆机构。空间连杆机构。机器人的运动学即是研究机机

4、器人的运动学即是研究机器人手臂末端执行器位置和器人手臂末端执行器位置和姿态与关节变量空间之间的姿态与关节变量空间之间的关系关系串联关节机器人：串联关节机器人：图图 1-02 7 自由度教学机器人自由度教学机器人 二、二、运动学研究的问题运动学研究的问题Where is my hand?Direct KinematicsHERE!How do I put my hand here?Inverse Kinematics:Choose these angles!运动学正问题运动学正问题运动学正问题运动学正问题运动学逆问题运动学逆问题运动学逆问题运动学逆问题 机器人运机器人运动学研究的两学研究的两类问

5、题题:n运运动学正学正问题题 已已知知杆杆件件几几何何参参数数和和关关节变量量，求求机机器器人人末末端端执行行器器相相对于于固固定定参参考考坐坐标标系的位置和姿系的位置和姿态（齐次次变换问题题）。n运运动学逆学逆问题题 已已知知杆杆件件的的几几何何参参数数，给定定机机器器人人末末端端执行行器器相相对于于参参考考坐坐标标系系的的期期望望位位置置和和姿姿态，机机器器人人能能否否使使其其末末端端执行行器器达达到到这个个预期期的的位位姿姿？如如能能达达到到，那那么操作机有几种不同形么操作机有几种不同形态可以可以满足同足同样的条件？的条件？n 运动学建模运动学建模 手的运动手的运动位姿变化位姿变化位姿矩

6、阵位姿矩阵M 关节运动关节运动参数变化参数变化关节变量关节变量 qi，i=1，nn 机器人运动学的一般模型为：运动学方程：机器人运动学的一般模型为：运动学方程：M=f(qi)，i=1，n 运动学正问运动学正问题题（DKP)：已知已知qi，求，求M。运动学逆问运动学逆问题题 (IKP)：已知已知M，求求qi。求解运动学正问题求解运动学正问题:是为了检验，是为了检验，校准机器人，计算工作空间等；校准机器人，计算工作空间等；求解运动学逆问题求解运动学逆问题:是为了路径是为了路径规划，机器人控制，但求解比较困规划，机器人控制，但求解比较困难。难。y yx x1 12 2r rL L1 1L L2 2P

7、 Pn运动学研究的应用运动学研究的应用u 旋量理论（screw theory）法 旋量法将物体的运动描述为绕某一定轴的转动和沿该轴的直线平移运动u D-H参数（DenavitHartenberg）法 丹纳维特（Denavit）和哈顿贝格（Hartenberg）于1955 年提出了一种矩阵代数方法解决机器人的运动学问题n机器人运动学研究的工具机器人运动学研究的工具u D-H参数（DenavitHartenberg）法n机器人运动学研究的工具机器人运动学研究的工具 在机器人的每个连杆上都固定一个坐标系，然后用在机器人的每个连杆上都固定一个坐标系，然后用44的齐次变换矩阵来描述相邻两连杆的空间关系。

8、通过依次变的齐次变换矩阵来描述相邻两连杆的空间关系。通过依次变坐标换可最终推导出末端执行器相对于基坐标系的位姿，从坐标换可最终推导出末端执行器相对于基坐标系的位姿，从而建立机器人的运动学方程。而建立机器人的运动学方程。它的数学基础即是它的数学基础即是齐次变换齐次变换，具有直观的几何意义，广，具有直观的几何意义，广泛应用于动力学、控制算法等方面的研究泛应用于动力学、控制算法等方面的研究 三、机器人运动学研究内容三、机器人运动学研究内容 目目 录录/CONTENTS 主题一主题一 位姿描述主题二主题二 齐次坐标及齐次变换主题三主题三 D-H 坐标系及参数主题四主题四 正向正向 运动学分析运动学分析

9、主题五主题五 逆向逆向 运动学分析运动学分析THE THANKSEND单击此处添加标题单击此处添加标题目录页CONTENTS目录课题综述1研究过程4目前现状2研究结论5研究目标3参考文献6目录页目录页绪论PART ONE选题背景及意义您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。选题背景标题 添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您

10、的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留21添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴

11、，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后选题背景及意义选题背景及意义1添加标题您的内容打在这里或者您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字，您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后2添加标题您的内容打在这里或者3添加标题您的内容打在这里或者4添加标题您的内容打在这里或者80%65%添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字，您的内容打在

12、您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选选题背景及意义目录页研究方法与思路PART TWO点击添加标题点击添加标题点击添加标题2013.062013.092014.012014.062014.08 2014.102015.012015.022015.04点击添加标题研究方法您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通

13、过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字点击添加标题点击添加标题点击添加标题点击添加标题点击添加标题点击添加标题研究思路步骤一步骤二步骤三步骤四步骤五您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里添加标题添加标

14、题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里添加标题添加标题研究步骤目录页关键技术与难点PART THREE关键技术添加添加文字标题文字标题添加添加文字标题文字标题单击添加标题单击添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留单击添加标题单击添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留关键难点您的内容打在这里，或者通过复

15、制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留VSVS您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字，您的内容打在添加标题一添加标题一添加标题二添加标题二您的内容打在这里，或者

16、通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字，您的内容打在对比数据一：600万对比数据二：800万对比数据三：760万对比数据四：550万对比数据一：600万对比数据二：800万对比数据三：760万对比数据四：550万案例对比分析目录页研究成果与应用PART FOUR标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留标题标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留标题您的内容

17、打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留研究目标01 说明性文字文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性02 说明性文字文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性03 说明性文字文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性文字说明性成果形式应用前景您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后

18、，在此框中选择粘贴，并选择只保留添加标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留添加标题添加标题目录页论文总结PART FIVE论文总结标题一您的内容打在这里或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这标题二您的内容打在这里或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这标题三您的内容打在这里或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这标题四您的内容打在这里或者通过复制您的文本后，在此框中选择

19、粘贴，并选择只保留文字。您的内容打在这论文总结添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字标题标题添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保

20、留文字添加标题您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字29%29%54%54%77%77%单击添加文本单击添加文本单击添加文本单击添加文本单击添加文本单击添加文本您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。添加标题一您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。添加标题二您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后，在此框中选择粘贴，并选择只保留文字。添加标题三论文总结论文总结输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题输入标题单击添加主题描述文字单击添加主题描述单击添加主题描述文字单击添加主题描述单击添加主题描述文字单击添加主题描述单击添加主题描述文字单击添加主题描述02020202030303030404040401010101致谢THANKS!THANKS!大学生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和陪伴我一齐成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论文能够顺利完成，要特别感谢我的导师XXX老师，XXX老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！恳请各位老师批评指正！我 的 论 文 答 辩感谢聆听