机器人技术第2讲

2020/9/26
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自由度计算
1)其自自由由度度(D的eg计re算e不of如F开re式ed链om明,显DO，F)根：据机构自由度公式可以确定并联机
器人的自由度
n
F6(ln1)fi i1
l——连杆数，包括基座；n——关节总数；fi——第i个关节的自由度数
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自由度计算
1)
自由度(Degree DOF) ：
伺服系统（Servo System）：控制机器人的位姿、速度和力等，使其跟随目标 值变化的控制系统。
离线编程（Off-line Programming）：机器人作业方式信息的记忆过程，与 作业对象不发生直接关系的编程方式。
在线编程（On-line Programming）：通过人的示教来完成操作信息记忆 过程的编程方式。
of
Freedom,
Stewart平台有18个关节，14
个连杆，18个关节有36个自由
度，代入上式得
F 6 (1 1 4 1 8 ) 3 6 6
来自百度文库
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机器人的图形符号
1 移动副
2 转动副
3 球副 4 圆柱副 5 末端执行器
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6 机座
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第二章 机器人运动学
2-1概 述
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自由度计算
1)对自于由6度自(由De度gr并ee联o机f器Fr人ee，do其m,结D构OF是)闭：环结构，主要优点是结构刚度大，
由6个油缸驱动，决定末端执行器的位置和姿态。油缸的1端与基座相连 （2自由度虎克铰），另1端与末端执行器相连（3自由度球铰），该机 器人将手臂和手腕的自由度集成在一起。主要特点为：刚度大，但运动 范围十分有限，运动学反解特别简单，而运动方程的建立特别复杂，有 时还不具备封闭的形式
人工智能（Artificial Intelligence，AI）：机器人能执行一些类似人类智力 活动的能力。如推理、规划、图像识别、理解和学习等。
模式识别（Pattern Recognition）：通过类似人类感觉器官的传感器所检测 的信息来分析、描述和区分各个物体特征的方法。
触觉（Tactile Sense）：机器人与物体之间接触时所得到的感觉信息。 压觉（Sense of Contact Force）：机器人与物体某个表面接触时，沿法线方
向受到的力的信息感觉。 视觉（Visual Sense）：机器人对光等外界信息的感觉。利用这种感觉可以
识别物体的轮廓、方位、背景等环境状态。 接近觉（Proximity Sense）：机器人能感受到与物体接近程度的能力。
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自由度计算
1)物自体由能度够(D对eg坐re标e系of进F行re独ed立om运,动DO的F)数：目。
当已知所有的关节变量时，可以用正运动学来确定机器人末端手的位姿；如果要使机 器人的末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节 变量的值。
刚体在三维空间中有6个自由度，显然机器人要完成任一空间作业，也需要6个自由 度。机器人的运动是由手臂和手腕的运动组合而成的。通常手臂有3个关节，用以 改变手腕的位置，称为定位机构；手腕也有3个关节，通常这3个关节轴线相交，用 来改变末端件（手爪）的姿态，称为定向机构。机器人可以看成是定位机构连接定 向机构
一个位姿，其路径不限。 连续轨迹控制（Continuous Path Control，CP）：机械接口在指定的轨迹上
，按照编程规定的位姿和速度移动。它适于对两个以上的运动环节进行控制。
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协调控制（Cooperative Control）：协调多个手臂或多台机器人同时进行某 种作业的控制。
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末端执行器（End-effector）：位于机器人腕部的末端，直接执行工作要求的装置。 手腕（Wrist）：位于执行器与手臂之间，具有支撑和调整末端执行器姿态功能的机构。 手臂（Arm）：位于基座和手腕之间，由操作手的动力关节和连杆等组成的组件。能支撑手腕和末端执行器， 并具有调整末端执行器位置的功能。 自然坐标系、世界坐标系（World Coordinate System）：参照地球的直角坐标系。 机座坐标系、基坐标系（Base reference coordinate system）：参照机器人基座的坐标系。
机器人运动学是研究机器人各关节运动的
几何关系。
•
机器人可以看成开式运动链，由一系列连杆通过转动 或移动关节串联而成。
•
机器人关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆 的运动，使手爪到达所需的位姿
• 机器人的执行机构是一个多刚体系统
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2-2 研究的问题和方法
本章研究的问题：
机器人的正逆运动学
机器人基本概念
1. 名词术语 自由度（Degree of Freedom, DOF）：指一个点
或一个物体运动的方式，或一个动态系统的变化方式。 每个自由度可表示一个独立的变量，而利用所有 的自由度，就可完全规定所研究的一个物体或一个系 统的姿态。 操作手（Manipulator）：具有和人手臂相似的功 能、可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。
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坐标变换（Coordinate Transformation）：将一个点的坐标从一个坐标系换 到另一个坐标系的过程。
位姿（Pose）：机器人末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。 工作空间（Working Space）：机器人在执行任务时，其腕轴交点能在空间
活动的范围。 负载（Load）：作用于末端执行器上的质量和力矩。 额定负载（Rated Load）：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能够承
受的最大负载量（包括末端执行器在内）。 分辨率（Resolution）：机器人每个轴能够实现的最小移动距离或最小转动
角度。 位姿精度（Pose Accuracy）：指令设定位姿与实际到达位姿的一致程度。 轨迹精度（Path Accuracy）：机器人机械接口中心跟指令轨迹的一致程度。 点位控制（Point to Point Control，PTP）：控制机器人从一个位姿转到另