LJY_4机器人的运动学
机械设计四自由度机器人
机械设计四自由度机器人机器人在现代工业生产中发挥着重要的作用，它能够替代人工完成一些重复性的、危险性的和精确度高的工作。
在众多机器人中，四自由度机器人是一种常见且广泛应用的机器人，它具有较好的灵活性和适用性，能够适应不同工作任务的需求。
四自由度机器人是指机器人系统具有4个运动自由度，即可以在三维空间内进行四种基本运动：平移运动、旋转运动、摆动运动和夹持运动。
这种设计使得四自由度机器人具有更强的机械臂灵活性和适应性，能够完成更多种类的工作任务。
在四自由度机器人的设计中，需要考虑机器人的结构和运动机构的设计。
机器人的结构是指机器人整体的组成和布局，包括机械臂、末端执行器、控制系统等。
通常，机器人的结构应该具备轻便、稳定和易操作的特点，以保证机器人在工作中具有高效性和可靠性。
在机器人的运动机构设计中，需要选择合适的传动机构和电机驱动系统。
传动机构是机器人运动的关键，影响着机器人的运动精度和可靠性。
常见的传动机构包括直线传动、旋转传动等，可以根据具体的工作任务选择合适的传动机构。
另外，电机驱动系统在机器人运动中起到了关键作用，电机的选择和驱动方式根据工作需求确定。
四自由度机器人广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗器械、电子产品等。
它可以完成一些重复性的、危险性的和精确度高的工作，提高工作效率和质量。
以工业生产为例，四自由度机器人能够完成装配、焊接、喷涂等工作，取代人工操作，降低了工作强度和安全风险。
总之，四自由度机器人是一种常见且广泛应用的机器人，它具备较好的灵活性和适应性，能够适应不同工作任务的需求。
在机器人的设计中，需要考虑机器人的结构和运动机构的设计，以保证机器人在工作中具有高效性和可靠性。
四自由度机器人在各个领域发挥着重要的作用，提高了工作效率和质量，推动了现代工业的发展。
四自由度机器人设计及运动学动力学分析
目录摘要............................................................................................................错误!未定义书签。
Abstract ........................................................................................................错误!未定义书签。
1绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2机器人研究现状及发展趋势 (5)1.3本课题的主要研究内容和工作安排 (10)1.3.1课题研究的背景及意义 (10)1.3.2课题研究的内容及安排 (12)2四自由度串联机器人本体结构设计 (13)2.1机器人的总体方案设计 (13)2.1.1抓取机器人功能需求分析及其特点 (13)2.1.2机器人驱动方案的确定 (14)2.1.3机械传动方案的确定 (15)2.1.3机器人基本技术参数设计 (15)2.1.4机器人本体的总体结构 (17)2.2机器人本体基本结构设计 (18)2.2.1大臂和小臂机械结构设计 (18)2.2.2腕部机械结构设计 (20)2.2.3直线组件的设计选择 (20)2.2.4支架结构设计 (21)2.2.5步进电机与减速器的计算和选择 (22)2.2.6机器人传动轴的校核 (25)2.2.7机器人本体的三维模型 (26)2.3本章小结 (27)3四自由度抓取机器人运动学分析及仿真 (28)3.1机器人运动学分析 (28)3.1.1奇次坐标变换 (29)3.1.2 Denavt-Hartenberg(D-H)表示法 (30)3.1.3抓取机器人运动学模型的建立 (32)3.2机器人运动学方程的建立 (33)3.2.1抓取机器人的正运动学分析 (33)3.2.2工业机器人工作空间分析 (35)3.2.3机器人雅可比（Jacobian）关系求解 (38)3.2.4 抓取机器人的逆运动学分析 (41)3.3四自由度串联机器人运动学仿真 (45)3.3.1虚拟样机技术概述 (45)3.3.2本文用到的ADAMS软件模块 (46)3.3.3建立机器人仿真模型 (47)3.3.4机器人位移仿真分析 (49)3.3.5机器人速度仿真分析 (50)3.4 本章小结 (51)4. 轨迹规划及仿真分析............................................................................. 错误!未定义书签。
机器人运动学与逆向动力学分析研究
机器人运动学与逆向动力学分析研究几十年来，机器人技术在工业、医疗、服务等领域得到了广泛应用。
在这个领域中，机器人的运动学和逆向动力学分析是两个基础且关键的研究方向。
本文将深入探讨机器人运动学与逆向动力学分析的主要内容和研究方法。
一、机器人运动学分析机器人运动学分析是指通过对机器人手臂或其他可移动部件的运动进行建模和分析，以确定其末端执行器的位姿。
在机器人运动学分析中，通常采用欧拉角、四元数等方式表示位姿，以及关节角度表示机器人的关节运动状态。
1. 机器人前向运动学机器人前向运动学是指根据机器人的关节角度和连杆长度，计算机器人的末端执行器位置和姿态的过程。
前向运动学可以通过几何方法或变换矩阵的方式进行计算。
几何方法是利用关节角度和连杆长度的几何关系进行计算，而变换矩阵则通过矩阵乘法的方式实现位置和姿态的计算。
2. 机器人逆向运动学机器人逆向运动学是指通过给定末端执行器的位姿，求解机器人的关节角度和连杆长度的过程。
逆向运动学是一个复杂而困难的问题，因为在机器人的运动学链中存在多个解或无解的情况。
为了解决这个问题，常用的方法包括几何法、解析法和数值方法。
几何法是通过几何关系和三角学方法求解逆向运动学问题，解析法则通过数学推导分析建立解析解，数值方法则通过迭代求解逆向运动学问题。
二、机器人逆向动力学分析机器人逆向动力学分析是指根据机器人的力和力矩输入，计算机器人的关节力和力矩的过程。
逆向动力学分析是机器人控制和路径规划的基础，能够帮助确定机器人的动作轨迹和控制参数。
1. 动力学方程建立机器人逆向动力学分析的第一步是建立机器人的动力学方程，即机器人的运动学方程和动力学方程的组合。
运动学方程描述机器人各个连杆之间的位姿关系，动力学方程则描述机器人在受力作用下的运动规律。
2. 关节力和力矩计算基于建立的动力学方程，可以通过数学计算求解机器人各个关节的力和力矩。
这些力和力矩是机器人受力作用下各个关节所需要产生的，用于保持机器人平衡和完成所需任务。
机器人运动求解的基础：四元数法入门简介
三、 空间旋转的四元数法 5、四元数基本运算
加法与复数类似：
乘法展开式：
——有序对形式
——有序对形式
三、 空间旋转的四元数法
5、四元数基本运算
乘法矩阵形式： （与复数矩阵形式类似）
q2列向量 q1的矩阵形式
三、 空间旋转的四元数法 6、四元数模长、逆、共轭及单位四元数
模长：
四元数的逆 满足：
与复数类似： 单位四元数的逆=
等领域较多应用
刚体一般螺旋运动的对偶四元数表示：设
，
则
表示一般刚体运动算符 又有
例如：对链式构件有
….
表示旋转和平移的复合算符。
五、 各种运动学求解方法关系
几何变换：
二维 特殊正交
旋转 矩阵群
复数
平 面 运 动
三维 特殊正交
旋转 矩阵群
欧拉角 向量 四元数
三 维 旋 转
李群、李代数 理论
（矩阵、指数表示）
当前位姿
路径规划： 求逆解
正解问题
二、 运动学求解几种典型方法
Chasles定理： 任何刚体运动分解为 直线运动和旋转运动
齐次 矩阵： 3x3→4x4
D-H法：杆件参数表→D-H变换矩阵。 优点：成熟、稳定、系统（配套成熟逆解方法） 局限：无法表示关于y轴运动（关节为平面运动）
欧拉角表示空间旋转：R=Rα×Rβ×Rγ
机器人运动求解的基础：四元数法入门简介
内容
一、 机器人运动学求解动机 二、 运动学求解几种典型方法 三、 空间旋转的四元数法 四、 对偶四元数简介 五、 各种运动学求解方法关系
一、 运动学求解动机 1、正向问题——已知各关节运动量求末端执行器位置姿态
一、 运动学求解动机 2、逆向问题——根据末端执行器目标位姿求各关节运动参数
机器人运动学分析
变换矩阵求逆
算子左、右乘规则
齐次坐标变换的算 子（平移、旋转、复 合）左乘和右乘分别 代表不同的变换顺序 和规则。
左右乘规则
左乘
算子左乘表示沿参 考坐 标 系 或 基 座 坐 标系的变换
右乘
算子右乘表示沿当前坐 标系（新坐标系）的坐 标轴进行变换
例3.3 如图所示单臂操作手的手腕具有一个自由度。已知手部 起始位姿矩阵为：
ai—连杆长度；αi—连杆扭角；di—两连杆距离；θi—两连杆夹角
建立连杆坐标系的四个参数：
连杆长度 连杆扭角 连杆距离 连杆夹角
连杆坐标系的设定不是唯一 的选择不同的连杆坐标系， 相应的连杆参数将会改变。
3.4.2 连杆坐标变换矩阵
这些子变换都是相对动坐标系描述的，按照“左
乘”原则，得到：
T i1 i
Rot Z,i
Trans 0, 0, di
Trans ai , 0, 0 Rot
X ,i
cosi sini 0 0 1 0 0 ai 1 0
0 0
sin
i
cosi
0
0 0
1
0
0
0
数分量为0
点P的齐次坐标为：P p1 p2 p3 wT 其中：w为比例因子。
在机器人的运动分析中总取w=1。
3.2.2 齐次坐标变换
变换类型
平移变换 旋转变换 复合变换
平移变换
运动过程中若坐 标系相对于固定 坐标系在空间的 姿态不变，称之 为平移变换。
平移坐标变换
其特点是坐标轴方 向单位向量保持同 一方向不变，两坐 标系原点位置发生
齐次坐标表示为：
绕Z轴旋转 的齐次旋转变换矩阵 为： 同理分别绕X轴和Y轴旋转的齐次旋转变换矩阵 为：
四自由度机器人设计及运动学动力学分析毕业设计(论文)
毕业设计(论文)四自由度机器人设计及运动学动力学分析毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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四自由度机器人设计及分析
四自由度机器人设计及分析首先，设计一个四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式。
机器人的结构可以采用串联结构或并联结构。
串联结构是将各个旋转关节按照顺序链接起来，形成一个连续链条；而并联结构是通过并联机构将多个旋转关节连接起来，共同作用于机器人的末端执行器。
接下来，需要确定机器人的关节类型和参数。
常见的关节类型包括旋转关节和剪切关节。
旋转关节可以实现绕一些固定轴旋转，而剪切关节可以实现平移和旋转的复合运动。
在确定关节类型后，还需要考虑各个关节的转动范围、转动速度和负载能力等参数。
在进行四自由度机器人的运动分析时，可以采用运动学方法和动力学方法。
运动学方法主要研究机器人的位置、速度和加速度等随时间变化的规律，可以通过矩阵运算和几何推导等方法求解。
动力学方法则关注机器人的力学特性和运动过程中的力、力矩等量，可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动。
在运动学分析中，可以通过正逆运动学求解机器人的位置和姿态。
正运动学是根据关节参数和关节角度求解机器人位姿的问题，可以通过矩阵变换和旋转矩阵等方法求解。
逆运动学则是根据机器人末端执行器的位姿求解各个关节的角度，可以通过三角函数和解方程等方法求解。
在动力学分析中，可以通过运动学和基本力学原理推导出机器人的运动方程。
运动学方程描述机器人各个关节的速度和加速度与末端执行器的位姿之间的关系；动力学方程则描述机器人的力、力矩与关节角度、角速度和角加速度之间的关系。
同时，还可以利用仿真软件对四自由度机器人进行仿真分析。
通过建立机器人的仿真模型，可以模拟机器人的运动轨迹和运动过程，验证设计参数的合理性以及对不同操作条件的响应。
总之，设计和分析四自由度机器人需要考虑机器人的结构和运动方式，确定关节类型和参数，并通过运动学和动力学方法来研究机器人的运动特性。
利用仿真软件可以对机器人进行仿真分析，验证设计参数的合理性。
四轴机器人工作原理
四轴机器人工作原理
四轴机器人是一种能够通过四个旋转的电动马达来实现各种动作的机器人。
它基本由四个电动马达、几个传感器和一台控制器组成。
四轴机器人的工作原理是通过控制器对四个电动马达进行精确的控制来实现机器人的各种动作。
控制器接收来自传感器的数据，并根据这些数据做出相应的动作控制。
比如，当机器人需要向前行进时，控制器会调节四个电动马达的速度和方向，以便实现向前的运动。
同样的原理也适用于机器人需要向后、向左、向右或向上、向下等方向运动时。
电动马达是四轴机器人工作的关键。
它们通过内部的齿轮传动机构将电能转化为机械能，从而驱动机器人的旋转运动。
四个电动马达分别安装在机器人的四个角落，并配有螺旋桨、螺旋浆或摇臂等装置，以便产生向上或向下的推力，从而实现机器人的升降运动和稳定飞行。
传感器也是四轴机器人工作中不可或缺的部分。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和气压计等。
陀螺仪用于测量机器人的旋转角度和角速度，加速度计用于测量机器人的线性加速度，而气压计则用于测量机器人的高度。
这些传感器的数据能够提供给控制器，以帮助机器人实时地调整姿态和位置，并保持平衡和稳定的飞行。
总的来说，四轴机器人通过精确的电动马达控制和准确的传感
器反馈，实现了各种复杂的运动和动作。
它在无人机、机器人探测和物流等领域具有广泛的应用前景。
四轴机器人工作原理
四轴机器人工作原理四轴机器人是一种多关节机器人，由四个独立的电机和相关的传感器组成。
它们可以执行各种任务，如搬运、装配、焊接等。
四轴机器人的工作原理涉及到机械结构、电气控制和传感器技术等多个方面。
机械结构。
四轴机器人的机械结构一般由四个关节组成，每个关节都由一个电机驱动。
这些关节可以实现各种运动，如旋转、弯曲、伸展等。
通过合理设计关节的结构和布局，可以使机器人具有较大的灵活性和工作空间。
电气控制。
四轴机器人的电气控制系统主要由控制器、电机驱动器和传感器组成。
控制器是机器人的大脑，负责接收指令、处理数据和控制电机的运动。
电机驱动器则负责将控制器发送的信号转化为电机的动作。
传感器可以实时监测机器人的位置、姿态和环境信息，为控制系统提供反馈。
工作原理。
四轴机器人的工作原理可以分为三个方面，运动规划、运动控制和环境感知。
运动规划是指根据任务要求和工作空间的限制，确定机器人的运动轨迹和动作序列。
这涉及到数学建模、路径规划和轨迹生成等技术。
运动控制是指根据运动规划的结果，通过控制器和电机驱动器实现机器人的运动。
这包括位置控制、速度控制和力控制等方面。
环境感知是指机器人对周围环境的感知能力，包括位置感知、障碍物检测、力觉反馈等。
这些信息可以帮助机器人更加准确地执行任务，并避免与环境发生碰撞。
应用领域。
四轴机器人在工业生产、医疗卫生、军事安全等领域都有广泛的应用。
它们可以替代人工完成一些重复性、危险性和高精度的工作，提高生产效率和产品质量。
同时，它们还可以在一些特殊环境下执行任务，如在高温、高压、有毒有害等环境中。
总结。
四轴机器人是一种具有高度智能化和灵活性的机器人系统，它的工作原理涉及到机械结构、电气控制和传感器技术等多个方面。
通过合理设计和优化控制算法，可以使机器人具有更加高效和可靠的工作性能，为人类的生产和生活带来更多便利和安全。
四轴机器人工作原理
四轴机器人工作原理四轴机器人是一种能够在空中自由飞行的无人机，它的工作原理涉及到多个方面的知识，包括飞行控制、动力系统、传感器和通信系统等。
在本文中，我们将深入探讨四轴机器人的工作原理，帮助读者更好地理解这一先进技术。
首先，四轴机器人的飞行控制是其工作原理的核心之一。
飞行控制系统通常由飞控主板、陀螺仪、加速度计和遥控器等组成。
飞控主板是整个系统的大脑，负责接收和处理传感器数据以及遥控指令，并控制电机的转速和舵机的角度，从而实现飞行姿态的稳定控制。
陀螺仪和加速度计则分别用于测量飞行器的角速度和加速度，为飞控主板提供实时的飞行状态信息。
遥控器则是操作员与飞行器之间的桥梁，通过遥控器，操作员可以实时地控制飞行器的飞行姿态和飞行轨迹。
其次，动力系统是四轴机器人工作原理中不可或缺的一部分。
一般来说，四轴机器人的动力系统由四个无刷电机和相应的螺旋桨组成。
电机通过飞控主板输出的PWM信号驱动，从而驱动螺旋桨旋转，产生升力和推力，实现飞行器的升空和飞行。
同时，电机的转速和扭矩也受到飞控主板的精确控制，以保证飞行器的稳定飞行。
另外，传感器在四轴机器人的工作原理中也起着至关重要的作用。
除了陀螺仪和加速度计外，四轴机器人还可能搭载其他传感器，如气压计、GPS模块、视觉传感器等。
这些传感器可以为飞控系统提供更丰富的环境信息，帮助飞行器更准确地感知周围环境，实现自主飞行和导航。
最后，通信系统也是四轴机器人工作原理中不可或缺的一环。
通信系统可以分为遥控器与飞行器之间的通信和飞行器与地面控制站之间的通信两部分。
遥控器与飞行器之间的通信一般采用2.4GHz的射频信号，通过无线方式实现遥控指令的传输。
而飞行器与地面控制站之间的通信则可能采用WiFi、4G或者其它无线通信技术，实现飞行器状态信息的上传和控制指令的下发。
综上所述，四轴机器人的工作原理涉及飞行控制、动力系统、传感器和通信系统等多个方面的知识。
只有这些方面的紧密配合和协同工作，才能保证四轴机器人的稳定飞行和良好的飞行性能。
机器人技术及其应用第3章 机器人运动学
式中， ｆ 表示矢量函数。 已知机器人的关节变量 θ， 求其手爪位置 ｒ 的运 动学问题称为正运动学 （ｄｉｒｅｃｔ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）。 式 （３⁃ ３） 称为运动方程式。
机器人运动学的基本问题
如果给定机器人的手爪位置 ｒ， 求能够 到达这个预定位置的机器人关节变量 θ 的运 动学问题称为逆运动学 （ｉｎｖｅｒｓｅ ｋ ｉｎｅｍａｔｉｃｓ）。 其运动方程式可以 通过以下分析得到。
１.表示方法
以手爪位置与关节变量之间的 关系为例， 要想正确表示机器人的 手爪位置和姿态，首先要建立坐标 系。 如图 ３⁃３ 所示， 分别定义 了固定机器人基座和手爪的坐标系， 这样才能很好地描述它们之间的关 系。 下面就先说明一下这种坐标系。
图3-3 基准坐标系和手爪坐标系
机器人运动学的基本问题
一般场合中， 手爪姿势也表示手指位置。 从几何学的观点来处理这个手爪位置与关节 变量的关系称为运动学 （ Ｋｉｎｅｍａｔｉ ｃｓ）。
图3-1二自由度机械手的正运动学
机器人运动学的基本问题
引入矢量分别表示手爪位置 ｒ 和关节变量θ， 即
因此， 可以利用上述两个矢量来描述图 ３⁃ １ 所示的二自由度机器人的运动学问题。 手爪位置 ｒ 在 ｘ， ｙ 轴上的分量， 按几何学可表示为
机器人运动学的基本问题
２.姿态的变换矩阵 如图 ３⁃４ 所示， 给出原点重合的两坐标系∑
１ （Ｏ１ －ｘ１ｙ１） 和∑２ （Ｏ２ －ｘ２ｙ２）， 以及点Ｐ 的位置矢量 ｐ。 假设点 Ｐ 的位置矢量 ｐ 的分量在两坐标系中分别表示为
概述
常见的机器人运动学问题可归纳如下： １） 对一给定的机器人， 已知杆件几何参数和关节角矢量求机器人末端执行 器相对于参考坐标系的位置和姿态。 ２） 已知机器人杆件的几何参数， 给定机器人末端执行器相对于参考坐标系 的期望位姿， 机器人能否使其末端执行器达到这个预期的位姿？ 如能达到， 那么 机器人有几种不同形态可满足同样的条件？
机器人运动学方程
机器人运动学方程一、引言机器人运动学方程是机器人控制中的重要概念，它是描述机器人运动规律的数学模型。
在机器人控制领域中，了解和应用机器人运动学方程对于实现高效准确的机器人控制具有重要意义。
二、机器人基本结构在讨论机器人运动学方程之前，我们需要了解一些基本的机器人结构和术语。
通常，一个典型的工业机器人由以下几个部分组成：1. 机械臂：由多个关节连接而成，用于执行各种任务；2. 控制系统：包括计算机、传感器和执行器等组件；3. 末端执行器：用于完成特定的任务，如夹取物体或喷涂等。
三、坐标系为了描述和控制机械臂的运动，在空间中需要建立坐标系。
通常采用笛卡尔坐标系或极坐标系。
笛卡尔坐标系是三维空间中最常见的坐标系，它由X、Y、Z三个轴线组成。
极坐标系则是通过极径和极角来描述一个点在平面上的位置。
四、关节角度关节角度指每个关节的角度，通常用θ1、θ2、θ3等符号表示。
在机器人运动学中，关节角度是非常重要的参数，因为它决定了机械臂的姿态和位置。
五、正向运动学方程正向运动学方程是描述机器人末端执行器位置和姿态与各个关节角度之间的关系的数学模型。
通常用矩阵形式表示，如下所示：T = T1 * T2 * T3 * ... * Tn其中T表示末端执行器的位姿矩阵，T1~Tn表示每个关节的变换矩阵。
这个公式告诉我们如何通过给定的关节角度来计算机械臂末端执行器的位置和姿态。
六、逆向运动学方程逆向运动学方程是指根据末端执行器所需位置和姿态来计算各个关节角度的数学模型。
由于这种问题具有多解性和非线性特点，因此求解逆向运动学方程是一个复杂而困难的问题。
通常需要采用数值方法来求解。
七、总结机器人运动学方程是描述机械臂运动规律的重要工具，在机器人控制中具有广泛应用。
了解和应用机器人运动学方程可以帮助我们更好地掌握机器人控制的基本原理和方法。
机器人运动原理剖析
机器人运动原理剖析在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
从工业生产线上的机械臂，到家庭中的扫地机器人，再到医疗领域的手术机器人，它们的身影无处不在。
那么，机器人是如何实现各种复杂的运动呢？这背后又隐藏着怎样的原理呢？要理解机器人的运动原理，首先我们需要了解机器人的基本构成。
一个典型的机器人通常由机械结构、驱动系统、控制系统和传感器等部分组成。
机械结构是机器人的“身体”，它决定了机器人的外形和运动方式。
不同的应用场景需要不同的机械结构。
例如，工业机器人通常具有坚固的关节和连杆结构，以承受重载和高精度的操作；而服务机器人可能更注重灵活性和轻便性，采用更加紧凑和灵活的设计。
驱动系统则是机器人的“动力源”，它为机器人的运动提供能量。
常见的驱动方式有电动驱动、液压驱动和气动驱动。
电动驱动具有精度高、控制方便、效率高等优点，是目前机器人应用中最广泛的驱动方式。
液压驱动能够提供较大的力量，但系统相对复杂，维护成本较高。
气动驱动则适用于一些对速度和精度要求不高的简单动作。
控制系统是机器人的“大脑”，它负责指挥机器人的运动。
控制系统通过接收传感器的反馈信息，计算出机器人各个关节的运动轨迹和速度，并向驱动系统发送控制指令。
控制系统的性能直接影响着机器人的运动精度和响应速度。
传感器在机器人的运动中起着至关重要的作用。
它们就像是机器人的“眼睛”和“耳朵”，能够感知周围环境的信息，并将其反馈给控制系统。
常见的传感器包括位置传感器、速度传感器、力传感器、视觉传感器等。
位置传感器可以精确测量机器人关节的位置，速度传感器则用于监测运动速度，力传感器能够感知机器人与外界物体之间的作用力，而视觉传感器则可以让机器人获取图像信息，实现对环境的识别和理解。
在机器人的运动控制中，有两种基本的控制方式：点位控制和轨迹控制。
点位控制是指机器人从一个点准确地移动到另一个点，而不关心中间的运动轨迹。
这种控制方式通常适用于一些简单的搬运、装配等操作，只要求机器人在规定的时间内到达指定的位置即可。
四零机器人只40基本运动方式及连续运动
四零机器人只40基本运动方式及连续运动
四轴机器人是一种常见的机器人结构，它通常由四个电机驱动，每个电机连接一个轴。
四轴机器人的基本运动方式包括：
1. 平移运动：四轴机器人可以沿着水平方向进行平移，可以前进、后退、左移、右移。
2. 旋转运动：四轴机器人可以绕自身垂直轴旋转，可以顺时针或逆时针旋转。
3. 抬升运动：四轴机器人可以通过伸缩各个轴实现抬升或下降。
4. 倾斜运动：四轴机器人的各个轴可以倾斜，使得机器人的工作平面可以调整。
除了基本运动方式，四轴机器人还可以实现连续运动，比如连续旋转、连续平移等。
通过控制各个轴的电机速度和方向，可以实现机器人在三维空间中的复杂运动。
这些运动可以由控制算法以及传感器输入实现，例如陀螺仪和加速度计等。
工业机器人运动原理讲解
工业机器人运动原理讲解【原创版】目录1.工业机器人的定义与分类2.工业机器人的结构与功能3.工业机器人的运动原理4.工业机器人的运动轴与运动路径5.工业机器人的示教与再现6.工业机器人的应用场景正文一、工业机器人的定义与分类工业机器人，顾名思义，是指在工业生产领域中应用的机器人。
它们主要负责执行各种重复性、危险或高强度的工作，以替代人力。
根据其功能和用途，工业机器人可以分为多种类型，如臂式机器人、轮式机器人、单轴机器人等。
二、工业机器人的结构与功能工业机器人通常由以下几个部分组成：身体结构、肌肉系统、感官系统、能量源和大脑系统。
其中，身体结构是机器人的基础，承担着支撑和运动等功能；肌肉系统负责机器人的运动和姿态调整；感官系统用于接收周围环境的信息，如触摸、视觉、听觉等；能量源为机器人的各项功能提供能量；大脑系统则是机器人的核心，负责处理感官信息和指挥肌肉运动。
三、工业机器人的运动原理工业机器人的运动原理主要基于空间几何和运动学原理。
机器人的运动轴通常分为 X、Y、Z 三轴，分别对应三个相互垂直的方向。
通过改变各轴的坐标值，机器人可以在三维空间中实现任意位置的移动和姿态的调整。
此外，机器人还可以通过旋转关节实现复杂的运动轨迹。
四、工业机器人的运动轴与运动路径工业机器人的运动轴是指机器人手臂上的可移动关节。
常见的运动轴有六轴、四轴等，不同的运动轴组合可以形成不同的运动路径。
在工业生产中，机器人需要根据实际任务和工艺要求，沿着预定的运动路径准确地执行各个动作。
五、工业机器人的示教与再现示教也称导引，是指用户引导机器人完成特定任务的过程。
用户通过实际操作，逐步引导机器人完成各个动作，机器人在导引过程中自动记忆每个动作的位置、姿态、运动参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。
完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作。
六、工业机器人的应用场景工业机器人广泛应用于各种工业生产领域，如汽车制造、电子加工、金属加工、物流搬运等。
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手爪力F 手爪力F与 关节驱动力静态时 的关系： 的关系：静力学
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4.1 机械手运动的表示方法
3 运 动 学 、 静 力 学 、 动 力 学 的 关 系
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驱动力矩与关节位置 关节速度、 关节速度、关节加 速度的关系动力学 速度的关系动力学
2 姿 B AR：姿态坐标变换阵 态 有如下性质： 有如下性质： 变 e e 换 R ( R ) = e [ e e ] = e 矩 1 0 = (单位矩阵） 0 1 阵
A B B T T x A A A A A A T y x y A
T A x T A y
4.3连杆变换与运动学方程
连杆四参数
（１） ai是Zi-1和Zi两轴线的公垂 线长度， 连杆长度。 它是从Z 线长度 ， 连杆长度 。 它是从 i-1 测量的距离； 到Zi沿Xi测量的距离； 两公垂线a （２）两公垂线 i-1和ai之间的距 离称为连杆距离d 离称为连杆距离 di ， 或者称为两 连杆的偏置。 它是从X 连杆的偏置 。 它是从 i-1 到 Xi 沿 Zi-1测量的距离； 测量的距离；
Zi+1
连杆长度a 连杆长度ai; Zi和Zi+1两 轴心线的公法线长度; 轴心线的公法线长度; 连杆扭角α 连杆扭角αi: Zi和Zi+1 两轴心线的夹角; 两轴心线的夹角;
Zi
连杆i 连杆i
αi
ai
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4.3连杆变换与运动学方程
4.3连杆变换与运动学方程
利用齐次变换进行运动分析的步骤： 利用齐次变换进行运动分析的步骤： 运动分析的步骤 连杆( 坐标系； 建立连杆 1）建立连杆(D-H)坐标系； 确定各连杆D 2）确定各连杆D-H参数和关节变量 3）求相邻坐标系的位姿矩阵； 求相邻坐标系的位姿矩阵； 求末杆的位姿矩阵（总变换）。 4）求末杆的位姿矩阵（总变换）。
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4.1 机械手运动的表示方法
3 运 动 学 、 静 力 学 、 动 力 学 的 关 系
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内容简介
机械手运动的表示方法
手爪位置和关节变量的关系
假设： 假设： B
B
p x = A eT A p x
p y = A eT A p y
可写为： 可写为：
B
p= R A p
B A
A eT x B R A = A T Power Electronics & Electrical Drive ey
Lab
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4.2手爪位置和关节变量的关系
θ 运动学方程式。 写为： 写为： r = f ( ) 运动学方程式。
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4.1 机械手运动的表示方法
2 机 械 手 的 机 构 和 运 动 学
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正运动学与逆运动学
θ= f
−1
(r)
θ2 = π − α
2 − ( x 2 + y 2 ) + L1 + L2 2 α = cos −1 2 L1 L2
4.1 机械手运动的表示方法
2 机 械 手 的 机 构 和 运 动 学
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手爪位置r;关节变量θ 手爪位置r;关节变量θ r;关节变量 θ1 x r = , θ = y θ 2 有： y = L1 sin θ1 + L2 sin(θ1 + θ 2 )
x = L1 cosθ1 + L2 cos(θ1 + θ 2 )
ex ex
A T A x
ey A T A ey ey e
( B R A ) −1 =( B R A ) T
A
p =( B R A ) −1 B p =( B R A ) T B p
p= A R B B p
R B =( R A ) =
B T
A
A
[
A
ex
A
ey
]
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4.2手爪位置和关节变量的关系
3 齐 两个坐标系中位姿关系： 两个坐标系中位姿关系： 次 B p p = BR E E p p + Bp 变 Bpp B Epp 换 = T
1
E
E
1
B RE B TE = T 0
B
pE 3×3 ∈R 1
1）建立连杆(D-H)坐标系 建立连杆( 连杆
坐标轴:沿着i关节的运动轴; Zi坐标轴:沿着i关节的运动轴; 坐标轴:沿着Z 的公法线,指向Z 轴的方向; Xi坐标轴:沿着Zi-1和Zi的公法线,指向Zi轴的方向; 坐标轴:按右手直角坐标系法则制定; Yi坐标轴:按右手直角坐标系法则制定;
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2 pP 2 E p p = TE 1 1
B E
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1
1
1R2 T2 = T 0
p2 1
2RE TE = T 0
1
pE 1
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Ai = Rot ( z , θi )Trans (0, 0, d i )Trans (ai , 0, 0) Rot ( x, α i )
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3 2 1
θi
4
αi
Ai = Rot ( z ,θ i )Trans (0,0, d i )Trans (ai ,0,0) Rot ( x,α i ) cθ i sθ = i 0 0 − sθ i cα i −1 cθ i cα i −1 sα i −1 0 sθ i sα i −1 − cθ i sα i −1 cα i −1 0 ai −1cθ i ai −1sθ i di 1
1 机 械 手 的 结 构
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4.1 机械手运动的表示方法
2 机 械 手 的 机 构 和 运 动 学
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T= TT T
B 1 1 2 2 E
内容简介
机械手运动的表示方法
手爪位置和关节变量的关系
连杆变换与运动学方程
运动学正解与反解
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4.3连杆变换与运动学方程
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αi
ai-1
θi
轴与X 轴之间的夹角θ 一般称θ 为连杆的夹角， （３）Xi-1轴与 i轴之间的夹角 i，一般称 i为连杆的夹角，或称为两连杆 的关节角。它是从X 旋转的角度， 的关节角。它是从 i-1到Xi绕Zi-1旋转的角度，右旋为正； 轴与Z 轴之间的夹角为α 称为扭转角。它是从Z （４）Zi-1轴与 i轴之间的夹角为 i，αi称为扭转角。它是从 i-1到Zi绕Xi旋 转的角度， 转的角度，右旋为正。
L2 sinθ2 y −1 θ1 = tan − tan x L1 + L2 cosθ2
−1
2自由度机械手的逆运动学
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4.1 机械手运动的表示方法
3 运 动 学 、 静 力 学 、 动 力 学 的 关 系
上式称为齐次变换矩阵 上式称为齐次变换矩阵
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4.2手爪位置和关节变量的关系
3 齐 对二自由度机械手 次 变 p p B RE B TE = T 换 1 = T 1 0
− sθ i cα i −1 cθ i cα i −1 sα i −1 0
sθ i sα i −1 − cθ i sα i −1 cα i −1 0
ai −1cθ i ai −1sθ i di Power1 Electronics & Electrical Drive
Lab
4.3连杆变换与运动学方程
B E p B p E
B
pE 1
p1 1
B p p B 1p p = T1 1 1
B
B R1 T1 = T 0
1
B
1 p p 1 2 p p = T2 1 1
坐标系1）建立连杆(D-H)坐标系-连杆参数的意义 建立连杆(
确定两个连杆的相对位置关系， 由另外2 确定两个连杆的 相对位置关系，由另外 2 个 相对位置关系 参数决定，一个是杆件的距离： 参数决定，一个是杆件的距离：di ，一个是杆 件的回转角： 件的回转角：θi