机构学和机器人学4空间机构的运动分析

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高等机构学第8章-空间单链连杆机构的运动分析

高等机构学第8章-空间单链连杆机构的运动分析
传统意义上的空间连杆机构,其运动分析通 常采用两大类基本方法:一类是类似平面机构运 动分析时所采用的封闭矢量多边形法,但由于矩 阵形式的封闭向量方程几乎包含了所有运动变量, 在求解时为消去中间变量会比较困难。另一类是 拆杆拆副法,即在建立机构的分析方程时,假想 将机构的环路从某个运动副处拆开,或把某个杆 (或部分运动链)拆掉,然后基于几何同一性条件 建立约束方程。这种方法可使一些中间变量不在 方程中出现,而使分析过程得以简化。
第八章 空间单链连杆机构的运动分析
8.1、RCCC机构运动分析 8.2、串联机器人机构的位置分析 8.3、串联机器人的雅可比矩阵
8.1、RCCC机构运动分析
8.1、RCCC机构运动分析
8.1.1、位置分析 8.1.2、速度分析 8.1.3、加速度分析 8.1.4、构件上任意点的运动分析
8.1、RCCC机构运动分析

cos3

cos1
sin 30 sin 01 cos30 sin 12 sin 23
cos01

cot 12
cot 23
(8-9)
8.1.1、位置分析
仿上将该式(8-9)中符号下标数字的排列由0-1-2-3轮换成3-0-1-2,可得由0求2的 关系式为
cos2

cos0
(8-3)
由此可得各输入输出角位置方程式
sin0 sin1 sin23 sin01 cos1 sin01(cos0 sin23 cos30 cos23 sin30 ) cos01( cos0 sin23 sin30 cos23 cos30 ) cos12
8.1.1、位置分析
如图8-1所示为RCCC空间机构。机构 的已知结构参数为S0、h1、h2、h3、h0、 α01、α12、α23、α30,设杆1为原动件而1 为输入转角,要求分析运动参数0、2、 3、S3、S2、S1。

机构运动简图测绘及分析

机构运动简图测绘及分析
机构运动简图测绘及分析
• 引言 • 机构运动简图测绘方法 • 机构运动简图分析 • 机构运动简图的实际应用案例 • 结论
01
引言
主题简介
机构运动简图测绘
机构运动简图是一种用于描述机构运动特性的图形表示方法,通过将实际机构 进行抽象化处理,将其简化为简单的几何图形,以便于分析和研究。
机构运动简图分析
测量尺寸
使用测量工具测量机构各部件 的实际尺寸,并标注在草图上。
确定测绘对象
明确需要测绘的机构运动简图 对象,了解其结构和工作原理。
绘制草图
根据观察结果,使用辅助工具 绘制出机构运动简图的草图。
整理成图
根据草图和实际尺寸,使用绘 图软件绘制出机构运动简图的 最终图纸。
测绘注意事项
准确性
确保测绘数据的准确性, 避免因测量误差导致简图 失真。
03
机构运动简图的应用价值
机构运动简图在机械设计、制造、维修等领域具有广泛的应用价值,本
研究为这些领域提供了有益的参考和借鉴。
对未研究的展望
1 2 3
机构运动简图的自动化测绘
未来研究可以进一步探索自动化测绘方法,提高 测绘效率和精度,降低人为误差和劳动强度。
机构运动简图的分析优化
基于精确的机构运动简图,未来研究可以进一步 开展运动学、动力学等方面的分析,为机构的优 化设计提供理论支持。
总结词
机器人是现代工业生产中常用的自动化设备,其运动简图测 绘及分析有助于提高机器人的工作效率和精度。
详细描述
通过对机器人的运动简图进行测绘和分析,可以了解机器人 的工作原理和运动轨迹,发现潜在的故障和问题,优化机器 人的运动性能,提高工作效率和精度。同时,也有助于机器 人自主导航和智能控制等方面的研究。

全方位移动机构的运动分析---开题报告

全方位移动机构的运动分析---开题报告

全方位移动机构的运动分析---开题报告近年来,随着移动机器人和相关技术的发展,使得移动机构在很多行业的应用逐渐深入和拓宽。

如具有全方位移动机构的火星探路者机器人、金字塔探秘移动机器人、移动机器人吸尘器、踢足球的移动机器人等。

移动机构是移动机器人运动的基础。

根据移动特性,可以分为非全方位和全方位移动机构两种。

在平面上移动的物体可以实现前后、左右和自转3个自由度的运动;若所具有的自由度少于3个,则为非全方位移动机构。

典型产品如汽车等,可以前进、拐弯而不能横向移动。

若具有完全的3个自由度,则为全方位移动机构。

全方位机构非常适合工作在空间狭窄有限、对机构的机动性要求高的场合中。

国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作。

在车轮设计制造、机器人上轮子的配置方案、以及全方位机构的运动学分析等方面进行了广泛的研究,形成了许多具有不同特色的全方位移动机构产品。

国内虽然在移动机器人上的研究开展了一段时间,但是全方位的移动机器人还仅局限于几种固有的形式。

第一部分通过对全方位移动机构的结构特点和运动特性进行分析,为今后全方位移动机构的设计提供参考。

第二部分介绍移动机构的运动学分析介绍,第三部分介绍以自由轮系构成的移动机构,第四部分介绍以偏心转向轮构成的系。

全方位移动机构的运动学分析介绍假设移动机构具有刚性外壳,不变形的轮子,运动局限在平面上,则机构在平面上的位置可以由图1 表示。

平面世界坐标系定义为xOy ,点P为在机构本体上的参考点,车体坐标系为XPY ,则机构的位置和姿态可以由ξ= (x,y,θ)t表示,其中(x,y)为点P在平面世界坐标系中的位置, θ为世界坐标系下x轴到机构坐标系X轴的角度,逆时针为正。

用点P来代表移动机构,若能在平面世界坐标系下实现( x,y,θ)三个自由度的运动,则称其为全方位移动机构。

自由方向轮系1.Swedish轮Swedish轮也称Mecanum轮,由轮辐和固定在外周的许多小滚子构成,轮子和滚子之间的夹角为γ,通常夹角γ为45°,如图2所示。

机构工作空间分析

机构工作空间分析

1. 概述机构运动分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三部分。

其中,位置分析是运动分析最基本的任务,也是机构速度、加速度以及受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。

机构的位置解有封闭解法(closed-form solution)和数值解法(numerical approach)。

2. 机构的工作空间分析机器人工作空间是机器人操作器的工作区域,其大小是衡量机器人性能的重要指标,分为可达工作空间和灵活工作空间。

影响并联机器人工作空间的因素主要有[1]:(1) 杆长的限制并联机器人包括活动的上平台和固定的下平台,中间通过若干连杆/支链连接,如图1的Stewart 平台所示。

依次建立固定平台坐标系b b b O X Y Z -和上平台连体坐标系p p p p O X Y Z -。

则当给定运动平台的位置姿态后,各连杆向量可表示为:i i i i i B P ==l RP +q -B式中,i B 、i P 依次表示固定平台和运动平台的铰点。

矩阵R 表示运动坐标系相对固定坐标系的位姿变换矩阵。

i i P B 、依次表示固定平台铰点和动平台铰点在各自坐标系下的坐标。

p OO =q 表征两坐标系之间的位置向量。

则有各杆长为:i i i L =RP +q -B由于杆长的变化范围有限,杆长存在约束关系:min max i L L L ≤≤图1 Stewart 平台(2) 运动副转角的限制并联机器人上下平台与各分支杆相连的关节一般为球面副或万向铰,其转角范围都有限制。

图2显示关节转角约束: 球面副:max ()arccos i pi Pi P i θθ⋅=≤l Rn l 万向铰:max ()arccos i bi bi b iθθ⋅=≤l Rn l图2 关节的转角约束(3) 连杆的干涉《高等空间机构学》P162 (3种情况,空间两线段的距离)【空间两向量叉积的模等于由此两向量组成的平行四边形的面积,图3】图3 向量叉积参考文献:[1] Masory O, Wang J, Zhuang H. On the accuracy of a Stewart platform. II. Kinematic calibrationand compensation[C]//Robotics and Automation, 1993. Proceedings., 1993 IEEE International Conference on. IEEE, 1993: 725-731.。

机构与机械传动知识点总结

机构与机械传动知识点总结

机构与机械传动知识点总结一、机构概念及分类机构是实现某种特定运动要求或传递动力、转动力的元件组成系统。

机构可分为平面机构和空间机构。

平面机构是由相互连接的刚性物体组成,构成一个平面框架,用于改变平面内一个物体的运动状态。

而空间机构则是由连接的刚性物体组成,构成三维空间中的框架,用以改变空间内一个物体的运动状态。

二、机构运动分析机构的运动分析是研究机构元件在作相对运动时,这些相对运动的大小、方向和速度的关系,进而确定各个链件上的参数和点上的运动规律。

机构运动分析中的关键问题是构件的相对位置和来定向关系、原动件与从动件之间传递运动参数的关系。

1. 机构的图解图分析机构的图解是利用逐点图解的方法,把机构的各种运动传动关系用图形方式表示出来的过程。

2. 机构的位置分析机构的位置分析是指确定机构有且仅有一个稳定的工作姿态。

位置分析的关键是将机构元件的相对位置用运动参数表示出来。

3. 机构的速度分析速度分析是指确定机构各个部件的运动速度。

速度分析时,可以将链速度与各凸轮器件上点的速度分解为切矢方向和截矢方向上的速度。

4. 机构的加速度分析机构加速度分析侧重于确定机构各个部件的加速度。

在加速度分析中,最重要的是识别相对位移函数的二阶导数以确定加速度。

三、机械传动概念及分类机械传动是指通过机械装置来传递或转换动力和运动的过程。

根据传递的力的特性和运动轴线位置的方向,机械传动可分为顺合传动和交叉传动。

顺合传动是指输入轴和输出轴的方向一致,而交叉传动则是指输入和输出轴的方向不一致。

四、机械传动的组成部分1. 传动机构传动机构是指通过传动装置来实现力的传递和转换的系统。

传动机构的主要组成元件包括齿轮、链条、带传动等。

2. 联接件联接件是机械传动系统中用于连接传动机构的部件,包括轴、螺纹副、销轴、键等。

3. 动力元件动力元件是指机械传动系统中用来提供动力的元件,包括电动机、内燃机等。

4. 传动环境传动环境是指机械传动系统工作的环境条件,包括传动系统的温度、湿度、气压等。

机器人复习题及参考答案

机器人复习题及参考答案

课程考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题:1.自由度:2.机器人工作载荷:3.柔性手:4.制动器失效抱闸:5.机器人运动学:6.机器人动力学:7.虚功原理:8.PWM驱动:9.电机无自转:10.直流伺服电机的调节特性:11.直流伺服电机的调速精度:12.PID控制:13.压电元件:14.图像锐化:15.隶属函数:16.BP网络:17.脱机编程:18.AUV:二、简答题:1.机器人学主要包含哪些研究内容?2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些?3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义?4.机器人控制系统的基本单元有哪些?5.直流电机的额定值有哪些?6.常见的机器人外部传感器有哪些?7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。

8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成?9.为什么要做图像的预处理?机器视觉常用的预处理步骤有哪些?10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。

11.从描述操作命令的角度看,机器人编程语言可分为哪几类?12.仿人机器人的关键技术有哪些?三、论述题:1.试论述机器人技术的发展趋势。

2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。

3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。

4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。

5.机器人单关节伺服控制中,位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的?6.试论述工业机器人的应用准则。

四、计算题:(需写出计算步骤,无计算步骤不能得分):1.已知点u的坐标为[7,3,2]T,对点u依次进行如下的变换:(1)绕z轴旋转90°得到点v;(2)绕y轴旋转90°得到点w;(3)沿x轴平移4个单位,再沿y轴平移-3个单位,最后沿z轴平移7个单位得到点t。

求u, v, w, t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手,求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。

并联机器人的运动学分析

并联机器人的运动学分析

并联机器人的运动学分析一、引言机器人技术作为现代工业生产的重要组成部分,已经在汽车制造、电子设备组装、医疗器械等领域发挥着重要作用。

而在机器人技术中,并联机器人以其独特的结构和运动方式备受关注。

本文将对并联机器人的运动学进行深入分析,探讨其工作原理及应用前景。

二、并联机器人的运动学模型并联机器人由多个执行机构组成,这些执行机构通过联接杆件与运动基座相连,使机器人具有多自由度运动能力。

为了对并联机器人的运动学进行建模,我们需要确定每个执行机构的运动关系。

其中,分析最为常用的是基于四杆机构的并联机器人。

1. 四杆机构的运动学模型四杆机构是一种由两个连杆和两个摇杆组成的机构,通过这些部件的相对运动实现机构的运动。

在并联机器人中,常见的四杆机构包括平行型、等长型等。

以平行型四杆机构为例,我们可以将其简化为平面结构,并通过设定适当的坐标系进行建模。

在平行型四杆机构中,设两个连杆为L1和L2,两个摇杆为L3和L4。

定义坐标系,以机构的连杆转轴为原点,建立运动坐标系OXYZ。

假设L3的转角为θ3,L4的转角为θ4,连杆L1和L2的长度分别为L1和L2,则可以通过几何关系得到机构的运动学方程。

2. 并联机器人的运动学模型并联机器人由多个四杆机构组成,各个四杆机构之间通过杆件连接,使得整个机器人能够实现更复杂的运动。

以三自由度的并联机器人为例,每个四杆机构的连杆长度、摇杆转角都有一定的自由度限制。

通过对每个四杆机构的运动学模型进行分析,可以得到整个并联机器人的运动学方程。

三、并联机器人的动力学分析除了运动学分析,动力学分析也是对并联机器人进行研究的重要方向。

动力学分析包括对并联机器人在运动过程中的力矩、加速度等动力学参数的研究,是实现机器人精确控制和安全运行的基础。

1. 动力学模型的建立在并联机器人的动力学分析中,我们通常采用拉格朗日方法建立动力学数学模型。

通过拉格朗日方程可以建立机器人运动学和动力学之间的联系,从而实现对机器人运动过程中各个关节力矩的估算。

机器人机构分析

机器人机构分析

例2.2
计算图示并联机构的自由度
由图可知,该机构总的
构件数n=8,关节数g=9,
其中关节1-3为转动副,
关节4-6为移动副,关
节7-9为球面副,所以
f
i 1
9
i
15
则有
M 6(n g 1) fi 6(8 9 1) 15 3
i 1
g

对于只有一个运动平台与几个分支连接

2.1 机器人机构
2.1.1 关节
在机器人机构中,两相邻的连杆之间 有一个公共的轴线,两杆之间允许沿 该轴线相对移动或绕该轴线相对转动, 构成一个运动副,也称为关节。关节 的种类有:
1)转动关节:通常用字母R表示,它允
许两相邻连杆绕关节轴线作相对转动,
转角为θ,这种关节具有一个自由度;
2) 移动关节:用字母P表示,它允许两 相邻连杆沿关节轴线作相对移动,移动 距离为d,这种关节具有一个自由度;
6)平面关节:用字母E表示 ,允许两连杆之 间有三个相对运动,即两个沿平面的移动 和一个垂直于该平面的转动。这种关节具 有三个自由度;
7)虎克铰:用字母T表示 ,允许两连杆之 间有二个相对转动。这种关节具有二个 自由度;
以上各类关节中,串联机器人中常

用转动关节R和移动关节P两种单自
由度关节,并联机器人中常用球面
2 机器人机构分析
机器人的机械结构是用关节将一些杆件(也 称为连杆)连接起来,一般使用二元关节, 即一个关节只与两个连杆相连接。 当各连杆组成一开式机构链时,所获得的机 器人机构称为串联机器人。如PUMA系列机 器人。 当各连杆组成一闭式机构链时,所获得的机 器人机构称为并联机器人。通常,并联机器 人的闭合回路多于一个。如Stewart平台式并 联机器人就有六个分支。

机构学和机器人学1空间机构的基础知识

机构学和机器人学1空间机构的基础知识

§1-2 空间机构的结构综合
1、单自由度平面机构的结构综合
研究一定数量的构件和运动副可以组成多少机构型 式的综合过程。实质是排列与组合的数学问题。可利用 图论和矩阵工具研究。
单自由度的低副机构是由具有4个自由度的运动链 所组成,自由度为4的运动链应满足下列关系:
(1) n2=4, n3=4 (2) n2=5, n3=2, n4=1 (3) n2=6, n4=2
而成的系统。 闭式链——组成一个或多个封闭形的运动链。 开链——不可组成封闭形的运动链。
简单运动链——运动链中可出现与其它三 个构件相连的构件时。如图a、b、c,否则 称为复杂运动链,如图d。
运动链的自由度——独立相对运动的个数 或各构件相互位置变化所需自由参数(广 义坐标)的个数。例如上图a四个运动参数 θ1、θ2、θ3、θ4中只有一个自由参数(如 θ1)F=1,上图b三个运动参数θ1、θ2、θ3 均为自由参数,F=3。
3、空间单封闭形单自由 度机构的结构综合
1)当λ=6,如表综合可 得12种类型433种机构。
2)综合四杆单封闭形机 构,可得3种类型138 种机构。其中9种具有 特殊实用价值。
3)构成闭合约束数小于 6的机构时,组成条件 需要严格遵守,否则 可能出现不能运动的 刚架。
还有特殊的三类: R-R-R-R R-S-S-R R-C-C-R
Ⅴ级副——约束度为(5-m)
Ⅳ级副——约束度为(4-m)
……
当m=0(零族机构)即可加任何公共约束, 机构自由度计算公式用(1-1)。
m=1(一族机构)不可能 P2 (1-4)
m=2(二族机构)不可能存在Ⅰ、Ⅱ级副
F 4n 3P5 2P4 P3 (1-5)
F 6n 5P5 4P4 3P3 2P2 P1 (1-1)

机器人工作空间分析的解析法 机器人 解析法 机器人空间运动分析 机器人运动分析 机器人与解析法

机器人工作空间分析的解析法   机器人   解析法   机器人空间运动分析   机器人运动分析   机器人与解析法

(col l tm cai l i en. n e i oEetn Si c ad ho g oC i , nd) ShooEe r ehn aEg erg U i rt f r i cne Tcnl y h aC egu f co c n n i , v sy l o c c e n e o f n h (col nf ShooMau f g ec ad i en. i un i rt C egu 05 Si e E g e i , a U v sy hnd 606) cn n n n r g S h c n e i, 1 Asrc : gnr aa ta m t d w r pc nl i o R bt m n u t s btat A e l li l h f o sa aa s f ooc i lo i e a n yc e o o r k e y s i a p ar s pooe i ts ets t d b e w r pc aa s wt k e ac r tiio rps n ppr im h cm i s k a nl i i i m t ca c rt f d h a h e o o n o s e y s h i n i h a esc
层 曲面 ( 如果有穴的话 ) 。
() 4
k 0 =
长度( 极大或极小 , ) 剩下的 两个构件长度 在极大极小间 变化。
31 曲面方程 .
并联机器人工作空间的解析求解是一个非常复杂的问 题,
工作空间的边界曲面应为全部位置奇异曲面的最外层与最内
gmn‘q ‘qmx qm ‘ j qmx ii t i , j q ‘ j e i n a
() 3
()点: 1 所有角点都对应着二 个驱动构件处于极限 长度

空间机构学与机器人设计方法

空间机构学与机器人设计方法

空间机构学与机器人设计方法空间机构学与机器人设计方法是现代工程技术领域中极具前瞻性的研究方向。

在这篇文章中,我们将深入探讨这一领域的核心概念、设计方法及其在实际应用中的重要性。

一、空间机构学概述空间机构学是研究空间运动机构的设计、分析与优化的一门学科。

它以数学、力学、计算机科学等多学科为基础,旨在为工程实践提供精确的空间运动解决方案。

空间机构在航空航天、机器人技术、精密仪器等领域具有广泛的应用。

二、机器人设计方法1.机器人设计基本原理机器人设计方法包括机械结构设计、控制系统设计、传感器与执行器选型等方面。

在设计过程中,需充分考虑机器人的功能需求、工作环境、性能指标等因素。

2.空间机构在机器人设计中的应用空间机构在机器人设计中的应用主要体现在以下几个方面:(1)提高机器人运动灵活性:空间机构可以实现多自由度、多轴心的运动,使机器人具备更广泛的工作空间和更高的运动灵活性。

(2)优化机器人动力学性能:空间机构具有良好的力传递特性,有助于提高机器人的负载能力和运动平稳性。

(3)减小机器人体积和重量:空间机构的设计可以实现紧凑的结构布局,降低机器人的体积和重量,提高其携带和搬运的便利性。

三、空间机构学与机器人设计方法的实际应用1.航空航天领域:空间机构学在航空航天领域的应用包括卫星天线展开机构、空间站对接机构等,这些机构的设计与优化对航天任务的顺利进行具有重要意义。

2.工业机器人:在工业生产中,空间机构学为机器人的运动轨迹规划、负载能力提升等方面提供了理论支持,提高了生产效率和产品质量。

3.医疗机器人:空间机构学在医疗机器人领域的应用包括手术机器人、康复机器人等,为患者提供更加精确、安全的医疗服务。

4.仿生机器人:空间机构学在仿生机器人领域的研究,如蛇形机器人、四足机器人等,为机器人适应复杂环境提供了新的设计思路。

四、总结空间机构学与机器人设计方法是现代工程技术领域的重要研究方向,它们在各个领域的应用不断拓展,为我国科技创新和产业发展提供了有力支持。

机构的运动分析-相对运动矢量方程图解法

机构的运动分析-相对运动矢量方程图解法
动的刚体。
运动副
连接两个构件,限制它 们相对运动的约束。
自由度
速度和加速度
机构能够独立运动的数 量。
描述构件运动的物理量, 包括线速度、角速度、 线加速度和角加速度。
机构运动分析的数学模型
矢量方程
描述机构中各构件之间相对运动的矢 量方程,包括位置矢量、速度矢量和 加速度矢量。
矩阵运算
用于求解矢量方程的数学工具,包括 矩阵乘法、转置和逆等。
理解机构的运动规律。
齿轮机构的运动分析
齿轮机构是一种常见的机械传动机构,其运动特性可以通过相对运动矢量方程进行描述。
齿轮机构在运动过程中,各构件之间的相对位置和相对运动关系可以通过矢量方程进行表示, 通过图解法可以直观地理解机构的运动规律。
齿轮机构在运动过程中,各构件之间的相对位置和相对运动关系可以通过矢量方程进行表示, 通过图解法可以直观地理解机构的运动规律。
复杂的机构运动分析中。
深入研究机构运动分析的其他方 法和技术,促进机构设计领域的
创新和发展。
加强与其他学科的交叉研究,将 机构运动分析方法应用于更多领 域,如机器人学、生物力学等。
对未来研究的建议
注重理论与实践相结合,加强实际应用案例的积累和 分析,提高方法的实用性和可靠性。
鼓励跨学科合作,发挥各自优势,共同推进机构运动 分析领域的发展。
05
结论与展望
研究结论
相对运动矢量方程图解法能够 准确描述机构的运动特性,为 机构运动分析提供了有效工具。
通过实例分析验证了该方法的 可行性和实用性,为机构设计 和优化提供了理论支持。
该方法具有直观、易理解的特 点,有助于提高机构运动分析 的效率和精度。
研究展望
进一步拓展相机构的运动分析

机器人结构及其运动学分析

机器人结构及其运动学分析

机器人结构及其运动学分析近年来,随着科技的飞速发展,机器人的出现为人类的生产和生活带来了巨大的变革。

在各种机器人中,工业机器人是其中最为常见的一种,其具有高效、快速、精准等特点,被广泛应用于各种生产领域。

而机器人的运动控制是机器人技术中极为重要的一环,而要想进行运动控制,就需要对机器人的结构和运动规律进行详细的分析和研究。

一、机器人结构机器人的结构是机器人控制的基础,机器人的结构通常是由基础结构、执行机构、感知机构、运动控制系统四部分组成。

1. 基础结构机器人的基础结构是机器人整体的支撑框架。

它具有一定的稳定性和刚性,可以确保机器人在各种工作状态下均能稳定运作。

基础结构的形状可以是圆柱形、球形、盒状等,根据机器人的各种功能和要求来设计。

2. 执行机构执行机构是机器人的臂架和手臂结构,也是直接进行任务的主要部分。

机器人臂架的长度、张角、工作空间等都是根据不同的任务设计的。

而手臂结构通常是根据不同的工具或手端进行设计,它可以通过旋转或弯曲等动作完成各种复杂的工作。

3. 感知机构感知机构是机器人的一种传感器,可以通过各种传感器实现机器人对环境和任务对象的感知和识别。

例如,光学传感器、声音传感器、温度传感器、力传感器等都是机器人中常见的感知机构。

4. 运动控制系统运动控制系统是机器人的核心部分,它可以实现机器人各种动作的控制和协调。

这个系统通常包括硬件和软件两个部分,硬件是指各种传感器、执行机构等设备,而软件则是指运动控制的程序和算法等。

二、机器人运动学分析机器人的运动学是机器人技术中不可或缺部分,它主要研究机器人的运动方程、姿态控制、轨迹规划等,具体分为正运动学和逆运动学两个方面。

1. 正运动学机器人的正运动学是根据机器人的运动规律和各个运动参数来确定机器人末端执行机构在笛卡尔坐标系下的位置。

根据数学公式可以得出正运动学方程,只需要知道机器人臂架和手臂的长度、深度、角度等参数就可以通过正运动学解算得到末端执行机构的位置。

机构运动分析范文

机构运动分析范文

机构运动分析范文1.机构的结构分析:机构的结构可以分为平面机构和空间机构两种类型。

平面机构中的各个刚体和铰链位于同一水平面内;而空间机构则不受这样的限制。

机构的结构分析主要是确定机构的自由度,即机构的独立运动个数。

2.机构的运动转换:机构可以通过各种连接件实现运动转换,将输入运动转化为其中一种特定的输出运动。

运动转换可以通过传动比、速度比和加速度比等参数来描述。

通过运动转换的分析,可以确定机构中各个刚体的运动规律。

3.驱动力分析:在机构运动分析中,需要对驱动力进行分析。

驱动力是指施加在机构上的力或力矩,用于推动机构的运动。

在分析中,需要对驱动力的大小、方向和作用点进行计算和确定。

4.运动学分析:机构的运动学分析主要包括位置、速度和加速度三个方面。

通过运用运动学原理和方法,可以确定机构中各个刚体的位置、速度和加速度,并建立起它们之间的关系。

5.动力学分析:机构的动力学分析研究机构在受到各种外部力作用下的运动规律。

通过应用牛顿力学原理,可以得到机构中各个刚体的动力学方程,并进一步求解得到刚体的运动状态。

机构运动分析在工程设计和机械制造领域具有重要的应用。

通过对机构的运动分析,可以确定机器人、汽车发动机等复杂机械系统的运动规律,为系统的设计和优化提供依据。

此外,机构运动分析还可以用于机械振动、机械传动和机械控制等领域的研究。

在进行机构运动分析时,需要运用刚体力学、运动学和动力学等力学原理和方法。

通过建立机构的几何模型和运动方程,可以解决机构运动分析中的各种问题,并获得机构运动的准确描述。

总结起来,机构运动分析是力学中的重要内容,主要包括机构的结构分析、运动转换、驱动力分析、运动学分析和动力学分析。

通过机构运动分析,可以确定机构的运动规律,为机械设计和制造提供理论基础和指导。

同时,机构运动分析也具有重要的应用价值,可以用于机械工程、机器人、车辆工程等领域的研究和应用。

用解析法进行机构的运动分析

用解析法进行机构的运动分析

实例二:凸轮机构的运动分析
凸轮机构的定义: 由凸轮和从动件 组成的机构
凸轮机构的特点: 可以实现复杂的 运动规律
凸轮机构的应用: 广泛应用于汽车、 机械、电子等领 域
凸轮机构的运动分 析:通过解析法进 行运动轨迹、速度 和加速度的分析
实例三:齿轮机构的运动分析
齿轮机构的组成:包括齿轮、轴、轴承等 运动分析的目的:了解齿轮机构的运动规律优化设计 解析法的应用:通过解析法求解齿轮机构的运动参数 实例分析:对某齿轮机构进行运动分析得出运动参数和运动规律
解析法进行机构的运
01
机构运动分析的解析 法
02
解析法的实施步骤
04
解析法的优缺点
05
解析法的基本原理
03
解析法的应用实例
06
解析法概述
解析法的定义
解析法是一种通过数学方法求解机构运动问题的方法 解析法主要应用于机构运动学和动力学分析 解析法可以求解机构的位移、速度和加速度等运动参数 解析法可以应用于各种类型的机构如平面机构、空间机构等
添加标题
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验证求解结果的正确性
结果分析
确定机构的自由 度
建立机构的运动 方程
求解运动方程得 到机构的运动规

分析机构的运动 特性如速度、加
速度、位移等
验证解析法的准 确性和可靠性
提出改进措施提 高机构的性能和
效率
优化设计
确定目标:明确优化设计的目标和要求 建立模型:建立解析法的数学模型 求解模型:求解解析法的数学模型得到最优解 验证结果:验证优化设计的结果是否满足要求 调整优化:根据验证结果调整优化设计直至满足要求
解析法的应用实 例
实例一:平面连杆机构的运动分析

高等机构学04影响系数原理

高等机构学04影响系数原理

由式(4)得到每个分支主动运动对应方程,组
合可得
((13 11))
[G [G
(1) f
(1) f
]]13--:11:
((13 22))

[G [G
(2) f
(2) f
]]13--:11:
u f

(3 3)
[G
(3) f
]3-1:
这类机构必须满足如下条件:每个支链的自由度数目 都与机构的自由度数目相同。
直接法
3 个转动自由度和2个(沿x及y轴) 移动自由度
直接法
对第r个分支,按照前面串联分支影 响系数的求法,可得
wx

wy
wz

vx

vy 0


[G (r)
12((rr
(6)
直接法
将式(6)求逆即可得到机构的5维输出与5维输
入之间的关系
uf [Gquf ] q
(7)
机构的雅克比矩阵为
[G [G
(1) f
(1) f
]]13--:11:
1
[Gqu f
]

[G [G
(2 f
(2 f
) )
]]13--:11:
R55
[G
(3) f
]3-1:
u6 [G(r) ]6: (r)

a[G
( f
r
)
]1:
(r
)

b[G
(r f
)
]2:
(
r
)

c[G
( f
r
)
]3:
(
r)Fra bibliotekd[G

04-机器人课程-运动学

04-机器人课程-运动学

1、机器人运动学
1.5机器人微分运动及速度
机器人的微分运动是研究机器人关节变量的微小变化与机器人手部位姿的微小变化 之间的微分关系。如果已知两者之间的微分关系,就可以解决机器人微分运动的两 类基本问题:一类是在已知机器人各个关节变量的微小变化时求机器人手部位姿的 微小变化;另一类是在已知机器人手部位姿的微小变化时求机器人各个关节变量相 应的微小变化。机器人的微分运动对机器人控制、误差分析、动力分析和保证工作 精度具有十分重要的意义。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
1.3.1 直角坐标变换 在机器人中建立直角坐标系后,机器人的手部和各活动杆件之间相对位 置和姿态就可以看成是直角坐标系之间的坐标变换。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
平移变换 设坐标系{i}和坐标系{j}具有相同的姿态,但两者的坐标原点不重合,如图3-7所 示。 若用矢量Pij表示坐标系{i}和坐标系{j}原点之间的矢量,则坐标系{j}就可以看成 是由坐标系{i}沿矢量Pij平移变换而来的,所以称矢量Pij为平移变换矩阵,它是一个 3×1的矩阵
1.1、机器人位姿描述
机器人的位姿主要是指机器人手部在空间的位置和姿态,有 时也会用到其他各个活动杆件在空间的位置和姿态。需要先 了解的与机器人运动相关的一些基础知识。 机器人的机构运动简图、机器人的自由度、机器人的坐标系、 机器人的工作空间、机器人的位姿
1、机器人运动学
1.2机器人的位姿
所谓机器人的位姿主要就是指机器人手部在空间的位置和姿态。有了机器 人坐标系,机器人手部和各个活动杆件相对于其他坐标系的位置和姿态就 可以用一个3×1的位置矩阵和一个3×3的姿态矩阵来描述。如图3-2所示, 机器人手部的坐标系{H}相对于机座坐标系{O}位置就可以用坐标系{H}的 原点OH在坐标系{O}三个坐标分量xOH、yOH、zOH、组成3×1的位置矩阵来 表示

《工业机器人》考试题库及答案

《工业机器人》考试题库及答案

一、判断题1.机械手亦可称之为机器人。

(Y)2.完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。

(Y )3、关节空间是由全部关节参数构成的。

(Y)4、任何复杂的运动都可以分解为由多个平移和绕轴转动的简单运动的合成。

(Y)5、关节i的坐标系放在i-1关节的末端。

(N)6.手臂解有解的必要条件是串联关节链中的自由度数等于或小于6。

(N )7.对于具有外力作用的非保守机械系统,其拉格朗日动力函数L可定义为系统总动能与系统总势能之和。

(N )8.由电阻应变片组成电桥可以构成测量重量的传感器。

(Y )9.激光测距仪可以进行散装物料重量的检测。

(Y )10.运动控制的电子齿轮模式是一种主动轴与从动轴保持一种灵活传动比的随动系统。

(Y )11.谐波减速机的名称来源是因为刚轮齿圈上任一点的径向位移呈近似于余弦波形的变化。

(N )12.轨迹插补运算是伴随着轨迹控制过程一步步完成的,而不是在得到示教点之后,一次完成,再提交给再现过程的。

(Y )13.格林(格雷)码被大量用在相对光轴编码器中。

(N )14.图像二值化处理便是将图像中感兴趣的部分置1,背景部分置2。

(N)15.图像增强是调整图像的色度、亮度、饱和度、对比度和分辨率,使得图像效果清晰和颜色分明。

(Y)二、填空题1.机器人是指代替原来由人直接或间接作业的自动化机械。

2.在机器人的正面作业与机器人保持300mm 以上的距离。

3.手动速度分为: 微动、低速、中速、高速。

4.机器人的三种动作模式分为: 示教模式、再现模式、远程模式。

5.机器人的坐标系的种类为: 关节坐标系、直角坐标系、圆柱坐标系、工具坐标系、用户坐标系。

6.设定关节坐标系时,机器人的 S、L、U、R、B、T 各轴分别运动。

7.设定为直角坐标系时,机器人控制点沿 X、Y、Z 轴平行移动。

8.用关节插补示教机器人轴时,移动命令为MOVJ 。

9.机器人的位置精度 PL 是指机器人经过示教的位置时的接近程度,可以分为9个等级,分别是PL=0 ,PL=1 ,PL=2 ,PL=3 ,PL=4 ,PL=5 ,PL=6,PL=7,PL=8 。

空间机构的运动学与动力学建模

空间机构的运动学与动力学建模

空间机构的运动学与动力学建模空间机构是指由多个刚体组成的复杂机械系统,广泛应用于航天、机器人和工业自动化等领域。

为了对空间机构的运动进行研究和控制,运动学与动力学建模是必不可少的工具。

本文将介绍空间机构的运动学与动力学建模方法,并探讨其在实际应用中的意义。

一、运动学建模运动学建模是研究物体运动的几何关系和速度关系,目的是描述机构各个部分之间的位置和速度关系。

在空间机构中,常用的运动学建模方法有解析法和数值法。

解析法是一种基于几何关系的建模方法,通过分析机构的几何特性,推导出机构各个部分之间的位置和速度关系。

例如,对于平行机构,可以通过解析法推导出末端执行器的位置和速度与各个驱动器的位置和速度之间的关系。

数值法是一种基于数值计算的建模方法,通过数值计算机构各个部分的位置和速度。

常用的数值法包括迭代法和数值优化法。

迭代法通过迭代计算机构各个部分的位置和速度,直到满足一定的收敛条件。

数值优化法则通过优化算法,寻找使得机构各个部分的位置和速度满足一定约束条件的最优解。

二、动力学建模动力学建模是研究物体运动的力学关系和力学行为,目的是描述机构各个部分之间的力和力矩关系。

在空间机构中,常用的动力学建模方法有拉格朗日法和牛顿-欧拉法。

拉格朗日法是一种基于能量原理的建模方法,通过定义广义坐标和广义速度,建立机构的拉格朗日方程。

通过求解拉格朗日方程,可以得到机构各个部分之间的力和力矩关系。

拉格朗日法适用于复杂机构的动力学建模,具有较好的通用性和可扩展性。

牛顿-欧拉法是一种基于牛顿定律的建模方法,通过分析机构各个部分之间的力和力矩平衡关系,建立机构的牛顿-欧拉方程。

通过求解牛顿-欧拉方程,可以得到机构各个部分之间的力和力矩关系。

牛顿-欧拉法适用于简单机构的动力学建模,具有较高的计算效率和可实现性。

三、运动学与动力学建模的意义运动学与动力学建模是空间机构研究和控制的基础,具有重要的理论和实际意义。

首先,运动学与动力学建模可以帮助研究人员深入理解机构的运动规律和力学行为。

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T
a1
b1
a b0
T
a
b1
T
a1
b1
a b0
T
a
b0
b1 b0
T
b1 b0
解三角方程(4—21)得两个可能值:
2arctg F 2arctg F
E2
F
2
G2
G E
E 2 F
2
G2
GE
(4-22)
上式表明对于含有2个球面副的空间四杆机构,给定一
j1 ,j的绝对角位移
j ,其有限旋转轴为 uj
qj
一、相对位移
相重构合件的j一在点某点qj
q1 j的的位绝移对加位上移q,j 如相图对可于描构述件为j-1j的-1起相初对与位移,
这个相对q位j 1移的可运用动旋为转构矩件阵j-1和的螺绝旋对矩运阵动来所描确述定。,而j-1本身又
可以对运动链中的构件j-2有相对运动。
0
0
p
0 0 1
1 0 0
1 0 0
1
0
0
(4-50)
举例:1、RRPRR机械手,如图
利用上式: x l u
0 0 1
y
z
m n
v
T
T
T
T
T
0
w
10
21
32
43
54 p
0 1
0 0
(4-51)
1
0
0
1
0
0
相邻两构件位姿矩阵即坐标变换矩阵:
cos1 0
sin 1
0
T
sin
个主动件位置,从动件有两个可能位置,即机构存在两个
可能的封闭图形。需按照运动连续性选择。
求出β值后,由式(4—20)即可求出 b
2、速度分析
a
bT
a
b
a1
b1
T
a1
b1
对式(4—18)微分得速度约束方程:
a bT
a
b
0
(4-23)
式中 a可由给定参数按下式计算:
a W,ua a a0 Pua a a0 (4-24)
qr W,u q p pr W,u q p s(u)
又由(4—15)可写成如下形式:
qk 2[W, u0 ]( W, u q p s(u)) (4-16)
将(4—13)、(4—14)及(4—16)代入式(4—12)即得
q点的绝对加速度为:
q
Es(,u,)u0
第四章 空间机构的运动分析
§ 4—1 空间相对运动
有两个既独立又相连接的刚体在运动副的限制和约束下作相
对运动,为了描述刚体上某点的绝对运动。由图表示法,设运
动链中j相对于前一个构件j-1而运动。
假设相对运动的轴线
上的参考点
Pj1
又随
u
构件j-1一起运动。
构uj件1 j,-1绝的对有角限位旋移转为轴为
对S—S杆,由于构件4保持点 b和b0 之间距离不变,
这就得第五个约束方程:
b
b0
T
b b0
b1
b0
T
b1 b0
(4-46)
另外,构件3的有限转动轴u的各个分量必须满足第六个 约束方程:
(u)T (u) 1
(4-47)
以上六个约束方程中,a点和
b 点的位置及
ua
而 b 与输出构件4的角速度 间有下述关系式:
b W, ub
b b0
Pub
b b0
(4-25)
把(4—24),(4—25)代入(4—23)得:
(a)T
a
b
a bT Pub (b b0 )
(4-26)
求出后,可按式(4—25)求出 b点的速度
3、加速度分析
对速度约束方程(4—23)再微分一次,可得加速度约束方程:
不满足机构不能装配,若输入件一整周转动都能满足 (4-31),则输入构件为曲柄,否则只能是摇杆。
§ 4—3 用约束方程的数值解法对空间机构进行运动分析
这是另一种运动分析办法,不用封闭形法求解约束方程式, 而用数值迭代法。
一、RRSS机构
p 及连杆杆33相的对位于移有用限参转考轴点u
的以绝未对知角量位为移p、来u描和述 ,所
q p0 [E]q p0
若构件1为机架 p0 0
只要注q意 转 轴E为,u,0u0,q角速p度0
(4-13)
,角加速度
同样可得: qr E,, u q p s(u)
(4-14)
qk 2 qr
(4-15)
角速度矢量 若用反对称矩阵表示,即为角速度矩阵 W, u0
又由4—9可得:
矩阵 Tij
cos j
Aj Tij
s in
j
0
0
sin j cos ij cos j cos ij
sin ij
0
sin j sin ij cos j sin ij
cos ij
0
a j cos j
a
j
sin
j
si 1
机器人中与转动副有关转角 j 和与移动副有关的距离 s j
七个量,对R—R构件位 移约束方程写成不包含 R—R构件转角θ形式。
∵ a点的所有位置必须垂直u0轴的平面内,
所以第一个约束方程为平面方程。
u0 T a a0 0 (4-42)
a0 点被限制在垂直ua 轴的平面内,
第二个约束方程:
ua T a a0 0 (4-43)
当R—R构件绕u0轴转动时,
要求构件4的角位置β,角速度和角速度?
1、位移分析
位移约束方程是连杆3等长条件:
a
bT
a
b
a1
b1
T
a1
b1
(4-18)
a可根据给定的输入角α由下式得:
a R , ua a1 a0 a0
(4-19)
同理: b R , ub b1 b0 b0
(4-20)
a1,b1是初始状态时两球副中心位置,为已知值,将 (4-19)、(4-20)代入(4-18),且旋转矩阵:
(4-2)来计算。
二、仍讨论上图图示的情况,要求杆3上 q点的速度 点的首速先度求。出由参图考所构示件,2若上选与构p0件点3为上参q点考相点重,合由的式速q度矩阵
q p [W ]q p ★ 则:
q p0 W, u0 q p0 (4-7)
前面讲过矩阵中各元素可由 下式写出:
0
[W ] uz
ua和u0轴之间的交错角必须保持常值,得第三个约束方程
u0 T ua u0 T ua1 (4-44)
这为保证交错角为常值的必要条件,而不是充分条件。因为
如果β是R—R构件ua和u0轴间夹角,则它的负值同样满足上式, 为了清除这种可能,我们注意到ua和u0之距必须是常数,得第
四个约束方程:
a a0 ua T u0 a1 a0 ua1T u0 (4-45)
uz uy
0Hale Waihona Puke ux[ pu]uy ux 0
同时求出构件2上与构件3上 p点相重合的 p 点的速度:
p p0 W,u p p0
(4-8)
0
构件3上的p点相对于构件2上的
p
的相对速度:
pr su
构件3上的q点相对于杆2的相对速度,也可用式★写出:
qr pr W , u q p
q p0 2 W, u0
E,, u q p s(u) 2 W, u0 W, u
q p
(4-17)
§ 4—2 按封闭形法作空间机构的运动分析
一、RSSR机构的运动分析 如图所示的RSSR机构,构件1为机架,构件2为主动件,
构件3为连杆,且连杆有局部自由度。构件尺寸以及输入构件 2的角位置α,角速度和角加速度为已知,
(4—28)、(4—29)代入(4—27)整理得:
a bT a 2 Pub
Pub b b0
a
T b
Pub
b b0
Pub b b0
a bT a b
(4-30)
在对机构进行位置分析时,要注意装配条件,即RSSR
的装配条件为: E2 F 2 G2 0
(4-31)
1
0 cos 1
q1
P0
R ,
u0
q1
P0
?
即 : q1
R ,u0
q1
P0
P0
(4-1)
同时构件3上的 p1 点也随构件2绕固定轴转动到
p1 位置
P1 R ,u0 P1 P0 P0
(4-2)
再求出构件3相对于构件2的相对运动,分三步计算:
1、求出相对旋转轴 u的位置,设相对旋转轴初始位置为 u1
(4-48)
对S—S杆速度约束方程:
(b)T
(b
b0 )
0
(4-49)
构件3的瞬时转轴 u必须满足方向余弦方程:
(u)T (u) 1
所有共有六个速度约束方程,也有七个未知量,
px , py , pz , , ux , uy , uz 假定一个求解出其余六个未知量
(4—48)、(4—49)中:
若u0为定轴,构件1是机架则 p0 0
三、相对加速度
如图 要求杆3上q点的 q
由理论理学q加速度等于参考 构件上与q点瞬时重合的q’点的加 速度(牵连加速度)与q点相对于参 考构件的相对加速度,以及由于 参考构件旋转而产生的哥氏加速 度之和),即:
(4-11)
q q qr qk (4-12)
(a) W,u a p p
(b) W,u
b
p
p
(ua ) W,u ua
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