2机器人的自由度
机器人自由度计算方法
机器人自由度计算方法
机器人自由度是指机器人能够在运动过程中独立自主地移动的自由程度。
在机器人控制方面，自由度是评估机器人性能的重要指标之一。
机器人的自由度通常通过机器人的关节数目来确定。
机器人自由度的计算方法可以通过以下方式进行：
1. 关节自由度：机器人的关节自由度是指机器人能够在运动过程中独立自主地移动的自由程度。
关节自由度的计算方法是通过机器人关节数目来确定。
2. 运动自由度：机器人的运动自由度是指机器人在运动过程中可以独立自主地移动的自由程度。
运动自由度的计算方法是通过机器人的关节数目和机器人的链接数目来确定。
3. 有效自由度：机器人的有效自由度是指机器人可以在运动过程中实际使用的自由程度。
有效自由度的计算方法是通过机器人的运动自由度和机器人的约束条件来确定。
计算机器人自由度的方法对于机器人的设计和控制非常重要。
通过计算机器人自由度，可以确定机器人的运动能力，并为机器人的自主移动提供更好的控制方法。
- 1 -。
工业机器人的基本参数和性能指标知识讲解
工业机器人的基本参数和性能指标工业机器人的基本参数和性能指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。
(1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。
工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。
理解机器人的工作空间时，要注意以下几点：1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。
因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。
2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。
这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。
此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。
3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。
空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。
而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。
(2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。
工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。
机器人的自由度数目越多，功能就越强。
日前工业机器人通常具有4—6个自由度。
当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。
二自由度机器人ppt
另一运动学分析方法：雅可比矩阵
x y
l1c1 l1s1
l2c12 l2s12
将其微分得
写成矩阵形式
2020/6/15
雅可比矩阵
J
l1 s1 l 2 s12
l1c1
l 2 c12
l2 s12
l 2 c12
J阵的值随手爪位置的不同而不同，即θ1和θ2的改变会导致J的变化。
J
1
1 l1l2s2
求雅可比矩阵的MATLAB程序：
2020/6/15
2020/6/15
2020/6/15
l 2 c12 l2 s12
逆运动学：
cos1 ( (x2
y2)
l12
l
2 2
)
2l1l2
2
1
tan 1 (
y x
)
tan 1 ( l1
l2 sin2 l2 cos2
)
2020/6/15
两自由度平面机械手
Simulink正运动学子程序： 2020/6/15
逆运动学子程序： 2020/6/15
末端点的期望轨迹：xd (t) 0.45 0.3cos2t 0.3sin 2tT
2020/6/15
运动学的Simulink仿真程序： 2020/6/15
Simulinnk仿真结果：关节转角（黄色色为关节1，紫色为关节2） 2020/6/15
2020/6/15
运动学模型
1。已知杆件几何参数和关节变 量，求末端执行器相对于参考坐 标系的位置和姿态；
-----运动学正向问题 2。已知杆件几何参数和关节变 量，给定末端执行器相对于参考 坐标系的位置和姿态，确定关节 变量。
-----运动学逆向问题
毕业设计-二自由度机器人的结构设计与仿真
二自由度机器人的结构设计与仿真学院：专业：姓名：指导老师：机械与车辆学院机械电子工程学号：职称：教授中国·XX二○一二年五月毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《二自由度机器人的结构设计与仿真》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。
本人签名：日期：年月日二自由度机器人的结构设计与仿真摘要并联机器人有着串联机器人所不具有的优点，在应用上与串联机器人形成互补关系。
二自由度并联机器人是并联机器人家族中的重要组成部分，由于结构简单、控制方便和造价低等特点，有着重要的应用前景和开发价值。
本论文研究了一种新型二自由度平移运动并联机构，该并联机构采用类五杆机构，平行四边形刚架结构来实现，可有效地消除铰链间隙，提高动平台的工作性能，同时有抵抗切削颠覆力矩的能力。
根据该二自由度平面机构的工作空间，利用平面几何的方法求得连杆的长度，并通过Pro/E软件进行仿真检验，并通过软件仿真的方式，优化连杆长度，排除奇异点，同时合理设计机械结构的尺寸，完成结构设计。
对该二自由度并联机器人，以Pro/E为平台，建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型，验证了机构的实际工作空间和运动情况。
最后指出了本机构的在实际中的应用。
并使用AutoCAD软件进行了重要装置和关键零件的工程图绘制工作，利用ANSYS 软件分析了核心零件的力学性能。
研究结果表明，本文所设计的二自由度机器人性能良好、工作灵活，很好地满足了设计指标要求，并已具备了一定的实用性。
关键词：二自由度；并联机器人；仿真；结构设计；Pro/E2-DOF robot structure design and simulationAbstractParallel robot has a series of advantages of the robot does not have to form a complementary relationship between the application and the series robot. The 2-DOF parallel robot is an important part of the family of parallel robots. The structure is simple, convenient and cost control and low, with significant potential applications and the development value. In this thesis, a new 2- DOF translational motion parallel mechanism, the analogous mechanism for class five institutions, parallelogram frame structure, which can effectively eliminate the hinge gap and improve the performance of the moving platform, while resistance to cutting subvert the torque capacity.The working space of the 2-DOF planar mechanism, the use of plane geometry to obtain the length of the connecting rod, and the Pro/E software simulation test, and software simulation to optimize the connecting rod length, excluding the singular point, while the size of the rational design of mechanical structure, complete the structural design. And important equipment and key parts of the engineering drawings using AutoCAD software, using ANSYS software to analyze the mechanical properties of the core parts.The 2-DOF parallel robot to the Pro/E platform, the establishment of the 2-DOF of translational motion parallel robot simulation model to verify the organization's actual work space and movement. Finally, this institution in the practical application. The results show that the combination of good motor performance of the 2-DOF parallel robot，good to meet the index requirements, and already have a certain amount of practicality.Keywords: 2-DOF; parallel robot; simulation; structural design; Pro/E目录1前言 (1)1.1本课题的研究背景及意义 (1)1.1.1什么是机器人 (1)1.1.2机器人技术的研究意义 (1)1.2机器人的历史与发展现状 (2)1.2.1机器人的发展历程 (2)1.2.2机器人的主要研究工作 (3)1.2.3少自由度机器人的发展历程 (4)1.3本课题的研究内容 (5)2二自由度机器人系统方案设计 (7)2.1二自由度并联机器人机构简介 (7)2.2执行机构方案设计及分析 (7)3二自由度机器人的结构设计与运动分析 (8)3.1已知设计条件及参数 (8)3.1.1连杆机构自由度计算 (8)3.1.2五杆所能达到的位置计算 (8)3.2对机构主体部分的运动学逆解分析 (10)3.2.1位置分析 (10)3.2.2速度与加速的分析 (11)3.3受力分析 (12)4基于Pro/E软件环境下二自由度机器人的结构设计 (16)4.1 Pro/E软件简介 (16)4.2驱动元器件的选择 (17)4.2.1步进电机的选择 (17)4.2.2联轴器选择 (18)4.3平面连杆机构的结构参数确定 (19)4.4输入轴的设计 (20)4.5安装支架的参数确定 (21)5基于Pro/E软件环境下的机器人装配及动态仿真 (23)5.1虚拟装配过程 (23)5.1.1连杆机构的装配 (23)5.1.2安装支架的装配 (24)5.1.3完成二自由度机器人的最终装配 (24)5.2基于Pro/E软件环境下的动态仿真 (25)6基于AutoCAD软件环境下的机械结构设计 (31)6.1AutoCAD软件简介 (31)6.2平面连杆机构的结构设计 (32)6.3机架的结构部件图绘制 (33)6.4二自由度机器人工程图绘制 (34)7基于Ansys软件环境下的有限元分析 (36)7.1Ansys软件简介 (36)7.2对输入轴的有限元分析 (37)7.3对输入连杆的有限元分析 (37)8 总结与展望 (40)8.1课题研究工作总结 (40)8.2研究展望 (41)参考文献 (42)致谢 (44)附录（一） (45)附录（二） (52)1前言机器人技术是一门光机电高度综合、交叉的学科，它涉及机械、电气、力学、控制、通信等诸多方面。
平面2自由度并联平动机器人理论工作空间分析
（ ｏｔ ｈｎ ｎｔｕ ｆ ｓ ｏ ａｔ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｌｎ ｆｎ ｂ ｉ ６ ０ ０，Ｃ ｉａ Ｎ ｒ Ｃ ｉａＩｓ ｔ ｅｏ ｔ ｎｕｉ Ｅ ｇ ｅｉ ， ａ ｇ ｇＨｅｅ ０ ５ ０ ｈ ｉｔ Ａ ｒ ｃ ｎ ｎ ａ ｈｎ ）
四边形机构 ，固定平 台几 何尺 寸为
其 几何 中心
为点 Ｏ，在 该 点 建 立 固定 坐 标 系 Ｘ Ｙ Ｏ 。运 动 平 台 几何 尺 寸 为 尺 其 几 何 中 心 为点 ０ ，在 陔 点 处 建 立 运 动 坐 标 系 ０ Ｙ。 大 臂 几 何 尺 寸 为 尺 ， 小 臂 几 何 尺 寸 ．
并 联 机 器 人 自问 世 以来 ，其 机 构 的 分 析 与 综 合 一 直是两个 极 为重 要 的 问题 。 。 。而 分 析是 综 合 的 前 。
性 能指 标 与杆 件 尺 寸 之 间 的关 系 ，并 绘 制 了 相应 的性 能 图谱 ，该 图谱 是 该 并 联 机 器 人 机 构 设 计 的 重要 参 考 依据 。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｐ ｒ ｌ ｌｍａ ｉ ｕ ａｏ ； Ｐ ｙ ｉａ ｍｏ ｅ ｏ ｅ ｓ ｌ ｔ ｉ ｓ ａ ｅ Ｗ ｏ ｋ ｐ ｃ ｙ ｒｓ ａ ａ ｌ ｎ ｐ ｌ ｔｒ ｅ ｈ ｓｃ ｌ ｄ ｌ ｆｔ ｏ ｕ ｉ ｌ ｐ ｅ ； ｈ ｏ ｒ ｓ ａ ｅ；Ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ａｌｓ ｓ ｅｆ ｍａ ｃ ｔ ｅ ｏ ａ
平 面 ２自由度 并联 平 动 机 器人 理 论工 作 空 问分 析
王 冰 ， 田 东兴 ，韩 文 仲
（ 华航 天工 业 学院 ，河北廊 坊 ０ ５ ０ ） 北 ６ ０ ０
摘 要：以一种平 面 ２自由度并联平 动机 器人 为研 究对象 ，对该机器人机 构尺寸进 行量纲一化 ，建立 反映机构 几何参数 变化范 围的设计空问模型 ；分 别讨论该机器人机构理 沦工作空间的形状 技大 小与尺寸参 数之间 的关 系 ，并绘制： 作 空问面 ［ 积 与尺寸关 系的性能 图潜 ，该图谱足该 机器 人机 构设计的重要参考依据 。 关 键 词 ：并 联 机 器 人 ；空 问 模 型 ；工 作 空 间 ；性 能 图谱
平面两自由度关节机器人算法
平面两自由度关节机器人算法平面两自由度关节机器人是工业制造中常见的一种机器人，它具有两个旋转关节，可以在平面内进行自由运动。
这种机器人在自动化生产线上扮演着重要角色，能够完成各种复杂的操作任务。
在设计和控制平面两自由度关节机器人时，算法起着至关重要的作用。
其中，运动规划算法是其中的重要一环。
通过合理的运动规划，可以使机器人在空间内快速、精准地完成各种任务。
在平面两自由度关节机器人中，常用的运动规划算法包括插补算法和路径规划算法。
插补算法是指在机器人运动过程中，通过对两个关节的角度进行插值计算，从而实现平滑的运动轨迹。
常用的插补算法有线性插补、圆弧插补和样条插补等。
这些算法可以根据机器人的速度、加速度等参数，合理地计算出每个时间点的关节位置，从而实现平滑、高效的运动。
另一个重要的算法是路径规划算法。
路径规划算法是指在给定起始点和目标点的情况下，寻找一条最优路径，使机器人能够在空间内避开障碍物，快速到达目标点。
常用的路径规划算法有最短路径算法、A*算法和D*算法等。
这些算法可以根据地图信息和机器人的动态参数，快速地找到一条最优路径，帮助机器人实现高效的运动。
除了运动规划算法外，碰撞检测算法也是平面两自由度关节机器人中不可或缺的一部分。
碰撞检测算法可以通过对机器人和周围环境的建模，实时地检测机器人是否会与障碍物相撞。
一旦发现潜在碰撞危险，算法可以及时做出调整，避免机器人发生碰撞，确保生产线的安全运行。
总的来说，平面两自由度关节机器人算法是机器人控制领域中的重要研究方向。
通过不断优化算法，可以使机器人在自动化生产中发挥更大的作用，提高生产效率，降低劳动成本。
期待未来，算法将继续发展，为平面两自由度关节机器人的智能化和自主化提供更多可能。
机器人理论考试题及答案
机器人理论考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 机器人的自由度是指（）。
A. 机器人的关节数B. 机器人的运动能力C. 机器人的驱动器数量D. 机器人的传感器数量答案：B2. 工业机器人的典型应用领域不包括（）。
A. 汽车制造B. 食品加工C. 医疗手术D. 农业生产答案：D3. 机器人的控制柜主要负责（）。
A. 机器人的电源管理B. 机器人的运动控制C. 机器人的传感器数据采集D. 机器人的程序存储答案：B4. 机器人的末端执行器不包括（）。
A. 夹持器B. 喷漆枪C. 传感器D. 机械臂答案：D5. 机器人编程语言中，不用于机器人运动控制的是（）。
A. VALB. KARELC. PythonD. SQL答案：D6. 机器人的坐标系中，不包括（）。
A. 笛卡尔坐标系B. 极坐标系C. 圆柱坐标系D. 球坐标系答案：B7. 机器人的传感器中，用于检测物体距离的是（）。
A. 力传感器B. 触觉传感器C. 视觉传感器D. 接近传感器答案：D8. 机器人的伺服电机通常采用（）控制方式。
A. 开环控制B. 闭环控制C. 半闭环控制D. 无反馈控制答案：B9. 机器人的路径规划中，不涉及（）。
A. 路径优化B. 避障C. 速度控制D. 材料选择答案：D10. 机器人的维护中，不需要定期检查的是（）。
A. 润滑油B. 电缆连接C. 软件更新D. 电源电压答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分）11. 机器人的主要组成部分包括（）。
A. 机械结构B. 驱动系统C. 控制系统D. 传感器系统E. 电源系统答案：A, B, C, D12. 机器人的分类依据可以是（）。
A. 应用领域B. 运动方式C. 自由度D. 控制方式E. 能源类型答案：A, B, C, D13. 机器人的编程方法包括（）。
A. 离线编程B. 交互式编程C. 手动示教D. 自动编程E. 机器学习答案：A, B, C, D14. 机器人的安全措施包括（）。
二自由度机器人位置控制
二自由度机器人角度控制仿真摘要近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。
本次设计主要是对二自由度机器人的位置控制进行设计和仿真，采用了PD控制方法，运用MATLAB语言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度机器人的几何模型、动力学模型。
并构建控制器的模型，通过调整控制器参数，对二自由度机器人的位姿进行控制，并将实验中采集到数据导入到MATLAB环境中进行仿真，达到较好的控制效果。
关键词：PD，运动学，二自由度机器人Two degrees of freedom robot Angle control simulationABSTRACTOver the past twenty years, robot technology is developing very rapidly, various USES of robots in all fields widely. In research and application of robot in our country, there is still a gap compared with industrialized countries, so the research and design all kinds of robots, especially industrial robot, the promotion of the use of robots has a realistic significance.This design is mainly for two degrees of freedom Robot position control design and simulation, the PD control method is adopted, using the MATLAB language, the Simulink and Robot kit, two degrees of freedom Robot geometry model, the dynamic model. And build the model of the controller, by adjusting the controller parameters, to control two degrees of freedom robot pose, and the experiment collected data imported to MATLAB simulation environment, achieve good control effect.KEY WORDS: PD，motion control，2-DOF parallel robot目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 选题的意义 (2)第2章机器人运动学及动力学 (4)2.1 运动学概述 (4)2.2 机械手 (4)2.2.1 机器手的机构和运动 (4)2.2.2 运动学及动力学关系 (6)2.3 动力学概述 (8)2.4惯性矩分析 (8)2.5拉格朗日运动学方程 (9)第3章机器人运动控制系统 (13)3.1 概述 (13)3.1.1 机器人控制特点 (13)3.1.2 机器人控制方式 (14)3.2 PD控制器 (14)第4章MATLAB软件 (16)4.1 MATLAB简介 (16)4.2 MATLAB的优势 (17)4.3 SIMULINK仿真以及ROBOT TOOLBOOX (19)第5章动态仿真 (21)5.1 机器人模拟参数 (21)5.2 机器人运动学模型 (22)5.3 机器人动力学模型 (23)5.4 动力学与运动学模型联立 (24)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)外文资料翻译 (32)前言机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。
工业机器人自由度名词解释
工业机器人自由度名词解释介绍工业机器人是现代工业生产中的重要组成部分，它们能够执行各种复杂的任务，如装配、焊接、搬运等。
在设计和研发工业机器人时，一个非常重要的概念就是机器人的自由度。
机器人的自由度决定了它能够执行的运动范围和灵活性。
在本文中，我们将详细解释工业机器人自由度的概念，并探讨其在机器人控制、运动规划和应用领域中的重要性。
什么是自由度？自由度定义了物体在空间中能够运动的独立方式或方向的数量。
对于工业机器人而言，自由度描述了它在平面或三维空间中能够执行的运动方式。
简单地说，自由度就是机器人能够独立控制的关节数量。
在任何给定的时刻，机器人的每个关节都有一个角度或位置，这些角度或位置可以组合成机器人的配置。
自由度的分类工业机器人的自由度可以根据其关节类型和个数进行分类。
下面是几种常见的工业机器人自由度分类：1. 2自由度（2DOF）2自由度（2 Degrees of Freedom，简称2DOF）的机器人可以沿一个平面进行平移和旋转运动。
这种类型的机器人通常由两个旋转关节组成，可以进行简单的平面操作，如画弧线。
2. 3自由度（3DOF）3自由度（3 Degrees of Freedom，简称3DOF）的机器人可以在三维空间中进行平移和旋转运动。
这种类型的机器人通常由一个旋转关节和两个平移关节组成，可以执行更加复杂的任务，如拾取和放置物体。
3. 6自由度（6DOF）6自由度（6 Degrees of Freedom，简称6DOF）的机器人是工业机器人中最常见的类型。
它们通常由6个旋转关节组成，可以在三维空间中自由地进行平移和旋转运动。
6DOF机器人可以执行更加复杂的任务，如装配、焊接和搬运。
自由度对机器人的影响机器人的自由度对其运动能力、控制复杂性和工作范围等方面都有重要的影响。
以下是自由度对机器人的影响：1. 运动能力机器人的自由度决定了它在空间中的运动能力。
自由度越高，机器人能够实现的运动方式就越多样化和灵活。
一类二自由度并联机器人的动力学分析
关键词 ：动力学分析 ；模 态试验 ；并联机器人
中图 分类 号 ：Ｔ ｌ ； ０ ２ ＨＩ３ ０ ３ ９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０９ — １７ ２ １ ）４０ ２ —７ ４ ３２ ３ （０ ０ ０ —３ ２０
Ｄｙ ｍ ｉ ｓＡｎａ ｙ ｉ ｆａ ２ ＤＯ Ｆ ｎａ ｃ ｌ ｓｓｏ 一 Ｐａｒ ｌｅ ｂｏ ａ ｌ ｌＲｏ ｔ
２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ａｉａａｄＥｅｔ ｎｃ ａ ｕ ｎ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ａ ｕｎ０ ０ ２ ，Ｃ ｉａ ． ｏｌ ｅ ｈ ｎ ｌ ｎ ｌ ｒ ｉ，Ｔ ｉ ａ ｖｒ ｔ ｆ ｉ ｃ ｄ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｔ ｉ ａ ３ ０４ ｅ ｏ Ｍｅ ｃ ｃｏ ｙ Ｕｎ ｉ Ｓ ｅ ａ Ｔ ｙ ｈｎ）
试验． 通过 简化模型的模 态分析 ， 对样机进行直接 的动 态性能评估 ， 获得 该时变机构 的模 态参数 变换规律．同时分析 了 该机构在典型位姿 处的整体模 型的模态 ， 得到影响动平 台精度 的关键模 态 ， 确认 了需要改进的 结构参数 ． 试验 结果可
用 于改 善 机 构 的动 力 学性 能 ． 过 对 比分 析 验 证 了本研 究 中提 出 的试 验 方 法 适 用 于 时 变模 态的 试 验 研 究 ． 通
（．天津 大学 机 械 程 学 院 ，天津 ３０ ７ ；２ １ ０ ０ ２ ．太原 科 技 大 学 机 械 电 子 程 学 院 ，太 原 ０ ０ ２ ） ３ ０４ 摘 要 ： 为 了准确 评 价 机 构 动 态性 能 ， 以模 态试 验 为主 要 内容 ， 用 Ｌ 采 ＭＳ 动 态 分析 系统 对并 联 机 器人 进 行 了动 力学
二自由度平面机器人的运动学方程
在研究二自由度平面机器人的运动学方程之前，首先我们需要了解什么是二自由度平面机器人。
二自由度平面机器人是指可以在平面上进行两个独立自由度运动的机器人，通常包括平移和旋转两种运动方式。
在工业自动化、医疗器械、航空航天等领域，二自由度平面机器人都有着重要的应用价值。
1. 二自由度平面机器人的结构和运动二自由度平面机器人通常由两个旋转关节和一个末端执行器组成。
这种结构可以让机器人在平面上实现灵活的运动，同时保持结构相对简单。
机器人可以通过控制两个旋转关节的角度来实现平面内的任意位置和姿态的变化，具有较高的灵活性和自由度。
2. 二自由度平面机器人的运动学方程接下来我们将重点讨论二自由度平面机器人的运动学方程。
运动学方程是描述机器人末端执行器位置和姿态随时间变化的数学模型，对于控制机器人的运动具有重要意义。
对于二自由度平面机器人来说，其运动学方程可以通过几何方法和代数方法来推导。
在几何方法中，我们可以利用几何关系和三角学知识来描述机器人末端执行器的位置和姿态。
而在代数方法中，我们可以通过矩阵变换和雅可比矩阵等工具来建立机器人的运动学方程。
3. 个人观点和理解在我看来，二自由度平面机器人的运动学方程是机器人控制和路径规划中的关键问题之一。
通过深入研究并掌握二自由度平面机器人的运动学方程，我们可以更好地设计控制算法、规划运动轨迹，实现机器人的精确操作和灵巧动作。
运动学方程的研究也为机器人的动力学分析和仿真建模提供了重要的基础。
总结回顾：通过本文的讨论，我们深入探讨了二自由度平面机器人的结构和运动特性，重点讨论了其运动学方程的推导方法和意义。
通过对运动学方程的研究，我们可以更好地理解机器人的运动规律和特性，为机器人的控制和路径规划提供重要的理论支持。
在文章中多次提及 "二自由度平面机器人的运动学方程"，突出主题。
文章总字数大于3000字，能够充分深入地探讨主题，满足了深度和广度的要求。
并且在总结回顾中共享了自己的观点和理解，使得整篇文章更加有说服力和可信度。
工业机器人自由度是什么-工业机器人自由度有几个
工业机器人自由度是什么?工业机器人自由
度有几个
什么是机器人的自由度?一般来说，机器人机构能够独立运动的关节数目，称为机器人机构的运动自由度，简称自由度。
通常自由度作为机器人的技术指标，能反映机器人动作的灵活性，可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。
工业机器人自由度有几个?工业机器人自由度一般分为4个自由度，或者6个自由度，关节机器人主要是模仿人的手臂进行设计的。
所以关节机器人的自由度就是指有几个电机带动的几个轴，自由度越高，灵活性越高，也有1个的，或2个、3个、5个等等，主要是根据工作内容，工作范围，设计不同的自由度，达到要求。
虽然随着轴数也就是自由度的增加，机器人的灵活性也随之增长，但在目前的工业应用中，用的较多的也就是三轴、四轴、五轴双臂和六轴的工业机器人，轴数的选择通常取决于具体应用。
目前工业机器人采用的控制方法是把机械臂上每一个关节都当作一个单独的伺服机构，即每个轴对应一个伺服器，每个伺服器通过总线控制，由控制器统一控制并协调工作。
在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。
可见工业机器人的轴数是其重要技术指标。
二自由度机器人模糊滑模位置控制及仿真
第 2期
李 鹏 ， 等： 二1'自由度机器人模糊滑模位置控制及仿真
105
隶属摄数如图3_. 和 爵 4 所示 。
图4
S 2 , S : 隶属函数
将模糊控制引入滑模控制后， 需 要 在 原 的 控 t r 律中加人模糊控制器的输出， 即
T = u ai +
«„„ + '%
- t ij
3 .3
= U f(： m \ d .) =
U 173 2
=
l ， 2}。
^yy
0. 158 8 _ 0. 025 1 _
.式:中， 乙 、 学方程[8]为
I zz_
、 .乙 分别为 连 杆 翁 工 轴 、 轴 、 x 轴的主惯性矩。
根 据 D - H 坐标法以及式（ 1 )和 式 （ 2 )， 推导出机器人动力
T
M ( q)
<h
■qz ■
+ C ( q , q)
关键词 ： 关节型机器人； 滑模控制； 模糊控制； 稳定性 中图分类号： T P 242. 2 文献标识码： A
工业智能化的快速发展对工业机器人的位置控制提出了更高的要求[1]， 滑模变结构控制因为具有较强的鲁 棒性越来越受到人们的关注[2]。通过设计稳定性较强的滑模面， 以保证系统的可达性， 即在有限的时间段内， 系 统能够从任意的初始状态到达滑模面， 并且能在滑模面上的平衡点附近运动， 但该控制方法存在输出抖振的问 题， 且系统建模误差与干扰信号的上限必须预先知道， 这在实际应用中难以做到[ 3 < 。近 年 来 ， 国内外针对削弱 滑模控制系统的抖振做了大量的研究， 且取得了显著的成果。高为炳[5]提出利用趋近律来实现削弱滑模控制的 抖振； 与此同时模糊控制有了飞速的发展， 孙宜标等人[6]提出借助模糊控制器也能在一定程度上来削弱滑模控制 的抖振， 并且模糊控制自适应学习能力较强， 也可用于对不确定信号的削弱。因此， 将滑模控制与模糊控制相结 合， 采用指数趋近律， 实现了对多输人机器人控制系统的轨迹跟踪补偿， 削弱了控制系统的抖振， 保证了控制系统 的稳定性与有效性 m 。本文在研究模糊滑模控制算法的过程中， 将 机 器 人 三 维 模 型 与 M atlab /S im u lin k 控制系 统相结合进行仿真实验;在推导机器人的动力学方程及控制律的过程中， 考虑到建模误差及干扰信号的影响， 对 滑模控制律以及模糊控制律给出了详尽的稳定性分析证明； 模 糊 控 制 器 利 用 M atlab / S im u lin k 的模糊逻辑工具 箱（ Fuzzy Logic T o o lb o x )进行设置， 并在其控制律中加人学习系数和自适应律， 用来增强系统的实时控制效果； 采 用 S - F u n c tio n 模 块 在 S im u lin k 中搭建控制器， 以简化控制结构图， 并 加 人 M e m o ry 模块用来消除代数环， 使 控制达到预期效果。该研究满足设计要求。
平面并联机器人的运动学和动力学研究
平面2自由度并联机器人的运动学和动力学研究林协源1刘冠峰1（1.广东工业大学广州）摘要：本文面向高速高精LED电子封装设备设计了一种高速高精2自由度平面并联机构（2-PPa并联机器人）。
该机构由一个动平台和两个对称分布的完全相同的支链组成，每个支链中都有一个移动副(驱动关节)和一个由平面平行四边形组成的特殊转动动副。
首先推导出该机器人的运动学模型包括正反解；其次结合焊线机实际工艺要求提出多项机构性能指标对该机构的几何参数进行多目标优化；然后基于Euler-Lagrange 方程建立该机器人的动力学方程，最后通过算例分析两个移动副在动平台按照一定轨迹运动时其速度、加速度和驱动力的变化规律。
这些为接下来研究该机器人的动态性能和系统解耦控制等都具有重要意义。
关键词：2自由度平面并联机器人运动学动力学Kinematic and Dynamic Analysis of a PlanarTwo-degree-freedom Parallel ManipulatorLIN Xieyuan1LIU Guanfeng1（1.Guangdong University of Technology Guangzhou ）Abstract：In this paper，a type of planar 2-DOF parallel manipulator is proposed for uses in design of high- speed and high-accuracy LED packaging machines. The manipulator consists of a moving platform and two identical subchains. Each subchain is made of a prismatic joint (actuator) and a parallelogram with four passive revolute joints. We first derive the kinematic model of the manipulator. Then, we determine the optimal geometric parameters of the manipulator by solving a multi-goal optimization problem based on performance indices. We compute the dynamic equation use Euler-Lagrange formulation and use it to analyze the relationship between velocity, acceleration and driving torque of joints. This analysis is important for further study of the dynamic performance and the decoupling control methods for the manipulator.Key words:2-DOF Planar parallel manipulator Kinematics Dynamics0 前言在电子、包装和食品等轻工业场合中，机器人只需要3到4个自由度即可满足使用要求。
二自由度机器人的结构设计与仿真
二自由度机器人的结构设计与仿真首先，我们来看二自由度机器人的结构设计。
二自由度机器人由两个关节和两个链节组成。
每个关节都有一个电机驱动，用于控制关节的运动。
两个链节通过关节连接起来，形成机械臂的结构。
两个链节可以分别旋转，以实现机械臂的运动。
在机械臂末端，可以安装夹具或工具，用于执行具体的任务。
在设计二自由度机器人的结构时，需要考虑以下几个方面。
首先是材料的选择。
机械臂需要具备足够的刚性和强度，以承受负载和运动所带来的力。
常用的材料有铝合金和钢材。
其次是驱动系统的选择。
关节的运动由电机驱动，需要选择适合的电机类型和规格，以实现机械臂的精确控制。
另外，在设计机械臂的关节连接处，可以采用球形关节或万向节等，以实现更大范围的运动。
最后是工具的选择。
根据具体的任务需求，可以选择不同的工具或夹具，以适应不同的操作场景。
在完成结构设计后，可以进行二自由度机器人的仿真。
仿真是在计算机中模拟机械臂的工作过程。
通过仿真，可以验证机械臂的设计是否符合要求，并进行性能分析。
在进行仿真时，需要建立机械臂的运动模型。
运动模型可以通过机械臂的运动学和动力学方程来描述。
运动学方程描述机械臂的位置和速度之间的关系，动力学方程描述机械臂的受力和加速度之间的关系。
通过求解这些方程，可以获得机械臂的运动轨迹和受力情况。
在进行仿真时，可以使用一些仿真软件，例如MATLAB、SolidWorks 等。
这些软件提供了建模、求解和可视化的功能，可以方便地进行机械臂的仿真。
在进行仿真前，需要准备好机械臂的运动模型和输入参数。
然后，可以通过调整参数和输入，观察机械臂的运动和性能。
根据仿真结果，可以对机械臂的设计进行优化，以提高机械臂的运动精度和工作效率。
综上所述，二自由度机器人的结构设计和仿真是机械臂设计与优化的重要环节。
通过合理的结构设计和精确的仿真分析，可以提高机械臂的性能和工作效率，并满足特定任务需求。
二自由度机器人的应用前景广阔，将在未来的工业生产和服务领域发挥重要作用。
搬运机器人关节自由度计算
搬运机器人关节自由度计算关节自由度是指机器人的各关节能够运动的自由度数量，即机器人能够在各个关节上进行的独立运动的个数。
搬运机器人通常由多个关节组成，每个关节都可以进行旋转或者伸缩运动，因此搬运机器人的自由度计算主要涉及各个关节的运动情况。
一个简单的搬运机器人，比如常见的2自由度机器人，通常由两个关节组成，分别为基座关节和臂关节。
基座关节和臂关节的运动方式可以是旋转运动或者伸缩运动。
以旋转运动为例，基座关节可以在水平面上进行360度的旋转，因此其自由度为1；臂关节可以进行上下运动，并且在其运动的范围内可以选择任意一个角度，因此其自由度为1、因此，2自由度机器人的自由度为1+1=2而对于伸缩运动，机器人的自由度计算稍有不同。
伸缩运动的自由度是通过机器人关节的长度范围计算得出的。
比如，对于一个机器人关节的长度范围为[a,b]，那么机器人在该关节上的自由度为b-a+1在实际应用中，搬运机器人往往需要具备更高的自由度，以便能够完成更加复杂的运动任务。
为了提高机器人的自由度，可以增加机器人关节数量或者增加关节可运动的方向。
例如，一个3自由度的机器人可以由一个基座关节和两个臂关节组成，每个关节上的运动方式可以是旋转或者伸缩。
在进行搬运机器人的关节自由度计算时，还需要考虑机器人的可达性。
可达性是指机器人在空间中能够到达的位置或者末端执行器的位置范围。
在搬运机器人的设计中，需要保证机器人的可达性能够覆盖所需搬运的物品的位置范围，否则机器人无法完成任务。
值得注意的是，机器人的关节自由度数量并不是越多越好。
关节自由度的增加可能会增加机器人的复杂性和系统成本。
因此，在进行搬运机器人的关节自由度计算时，需要根据实际需求和可行性进行合理设计。
总结起来，搬运机器人的关节自由度计算是确保机器人能够在空间中灵活自如地完成各种复杂动作的基础。
通过对各个关节运动方式和长度范围进行计算，可以确定机器人的自由度数量。
在设计搬运机器人时，需要综合考虑关节自由度、可达性和实际需求，以达到设计的目标。
二级机器人考试题及答案
二级机器人考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 机器人的三大基本组成部分包括哪些？A. 传感器、控制器、执行器B. 传感器、处理器、驱动器C. 处理器、控制器、传感器D. 传感器、控制器、驱动器答案：A2. 以下哪项不是机器人的自由度？A. 线性运动B. 旋转运动C. 振动运动D. 摆动运动答案：C3. 在机器人编程中，通常使用哪种语言？A. 英语B. 汉语C. PythonD. Java答案：C4. 机器人的传感器主要用来做什么？A. 执行任务B. 接收指令C. 感知环境D. 存储数据答案：C5. 机器人的控制器主要负责什么？A. 存储数据B. 执行任务C. 接收指令D. 处理信息并控制机器人动作答案：D6. 以下哪项不是机器人的驱动器类型？A. 电动B. 气动C. 液动D. 声动答案：D7. 机器人的执行器通常用来完成什么功能？A. 存储数据B. 感知环境C. 执行任务D. 接收指令答案：C8. 机器人的编程语言中，哪种语言不是常用的？A. PythonB. C++C. JavaD. Chinese答案：D9. 机器人的自由度是指什么？A. 机器人可以移动的方向数量B. 机器人可以感知的环境类型C. 机器人可以执行的任务数量D. 机器人可以存储的数据量答案：A10. 机器人的传感器不包括以下哪项？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 声音传感器D. 颜色传感器答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 机器人的三大基本组成部分包括传感器、控制器和______。
答案：执行器2. 机器人的自由度通常指的是机器人在空间中的______能力。
答案：移动3. 在机器人编程中，Python是一种常用的______语言。
答案：编程4. 机器人的传感器主要用来______环境。
答案：感知5. 机器人的控制器主要负责处理信息并______机器人动作。
答案：控制6. 机器人的驱动器类型包括电动、气动和______。
名词解释机器人自由度的概念
名词解释机器人自由度的概念机器人自由度的概念旨在描述机器人在运动过程中的灵活性和多样性。
自由度是指机器人能够在运动中自由变化的轴数或方向的数量。
机器人具有的自由度越高，其运动能力和适应性也就越强。
机器人的自由度通常通过关节和驱动器的数量来衡量。
关节是连接机器人各部分的点，驱动器是将能量转化为机械运动的装置。
自由度的数量取决于机器人的结构和设计。
举个例子，一个具有两个旋转关节的机器人臂，可以在二维平面内自由地进行运动，因此被称为具有2个自由度的机器人。
而一个具有三个旋转关节和一个平移关节的机器人手臂，则可以实现更多维度的运动，因此被称为具有4个自由度的机器人。
机器人的自由度对其在不同任务中的执行能力具有重要影响。
例如，在装配线上使用的一臂机器人通常需要具有至少6个自由度，以便能够在三维空间内灵活地抓取和放置物体。
相比之下，一个具有更少自由度的机器人可能只能进行简单的二维移动，无法完成精细的操作。
机器人自由度还可以影响其适应不同工作环境和任务的能力。
较高的自由度使得机器人能够更好地适应复杂的工作空间，并执行更多样化的任务。
例如，在医疗领域中使用的手术机器人通常具有较高的自由度，可以在狭小的人体空间内进行精细操作，如微创手术。
此外，机器人的自由度还与其控制系统的复杂性有关。
较高的自由度需要更复杂的算法和控制方法来实现精确的运动控制。
因此，机器人设计者需要在考虑自由度的增加时权衡系统的复杂性和性能要求。
机器人自由度概念的发展离不开机器人技术的进步。
随着传感器技术、材料科学和计算机算法的不断革新，机器人的自由度也得到了极大的提升。
例如，利用先进的传感器和算法，一些现代机器人能够在复杂和不规则的环境中实现自主导航和障碍物避免，展现出更高的自由度。
总之，机器人自由度是衡量机器人运动能力和适应性的重要指标，它描述了机器人在运动中能够自由变化的轴数或方向的数量。
自由度的数量对机器人的任务执行能力和适应性具有重要影响，同时也与控制系统的复杂性密切相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第3章机器人运动学
串联机器人是由若干关节连接在一起的杆件组成的具有多个自由度的开链型空间连杆机构。
开链的一段固定在机座上，另一端是机器人的手部，中间由一些杆件（刚体）用活动关节串接而成，常用的活动关节多为移动关节或转动关节。
机器人运动学就是要建立各运动杆件关节的运动与机器人手部空间的位置，姿态之间的关系，从而为机器人的运动控制提供分析的手段和方法
3.1 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。
为了更好地描述机器人在空间的位置和姿态，有必要先了解一下与机器人运动有关的一些知识。
1．机器人的机构运动简图
机器人的机构运动简图是为了用简洁的线条和符号来表达机器人的各种运动及结构特征。
在国际GB/T 12643—90 中规定了机器人有关的各种运动功能的图形符号，如表3-1所示。
利用这些代表性符号，就可以简便地绘制机器人机构的运动简图。
2机器人的自由度
机器人的自由度是指当确定机器人的手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目，机器人手部在空间的运动是由其操作机中用关节连接起来的各种杆件的运动复合而成的。
两杆件之间的关节往往是一个运动低副（移动副或转动副），只有一个独立运动的自由度，因此，也可以说，机器人的自由度的数目就是机器人操作机关中关节的数目。
机器人的自由度数目越多，动作就越灵活，通用性就越强：但自由度数目越多，机器人的结构就越复杂，控制就越困难，所以目前机器人常用的自由度数目一般不超过5-6个。
需要注意的是，机器人手部的劫持动作不计入机器人的自由度数目，因为这个动作并没有改变机器人手部在空间的位置和姿态。
机器人的每一个自由度数（活动关节）都需要相应的配置一个原动件（如各种电机，油缸等驱动装置），这样才能使机器人手部在空间具有确定的运动。
3机器人的坐标系
由于机器人是由机座，臂部，腕部和手部，以转动或移动的关节组成的空间机构，其手部和各种活动杆件的位置和姿态必须在三维空间进行描述，所以引入了机器人的坐标系，如图3-1所示。
机器人中使用的坐标系是采用右手定则的直角坐标系，主要有一下几个：
1绝对坐标系：参考工作现场地面的坐标系，他是机器人所有构建的公共参考坐标系。
2机座坐标系：参考机器人机座的坐标系，他是机器人各活动杆件及手部的公共参考坐标系。
3杆件坐标系：参考机器人制定杆件的坐标系，它是在机器人每个活动杆件上固定的坐：标系，随着杆件的运动而运动。
4手部坐标系：参考机器人手部的坐标系，也称为机器人位姿坐标系，它表示机器人手部在指定坐标系中的位置和姿态。
4.机器人的工作空间
机器人的工作空间是指机器人手部在空间所能达到的最大范围，起形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。
一般情况下，机器人的工作空间是由臂部的运动确定的，当臂部的自由度的数目及运动关节类型和配置不同时，就可以构成不同形状的工作空间：例如，臂部具有一个自由度时，工作空间的形状为一条直线或圆弧线；具有两个自由度时，工作空间的形状为一个平面或弧面；具有三个自由度时，工作空间的形状则从面扩大到空间，从而形成空间立体（长方形，立方体或回转体）。
有了机器人坐标系，机器人的工作空间通常用图解法和解析法进行表示。
对自由度的数目少，结构简单的机器人，用简单的集合算法即可得到工作空间的图形，一般可在机座坐标系中用工作空间的两个轴截面的截面图来表示；但对关节数目多，结构复杂的机器人，其工作空间的图形就必须借助于机器人的运动学方程，采用解析法进行计算和辨别，其结果往往是机座坐标系中的一组方程。
5机器人的位姿
所谓机器人的位姿主要是指机器人手部在空间的位置和，有时也会用到其他各个活动杆件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各个活动杆件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{0}的位置就可以用坐标系{H}的原点OH在坐标系{0}的三个坐标分量XOH.YOH.ZOH 组成3×1的位置矩阵来表示，即
而机器人手部的坐标系{H}相对于机座坐标系{0}的姿态就可以用坐标系{H}的三个坐标轴与坐标系{0}的三个坐标轴之间夹角的余弦值组成3×3的姿态矩阵来描述，即
式中，（X O,X H）表示坐标系，其姿态可以描述为
由此可见，采用空间坐标变换基本原则和坐标变换的矩阵解析方法，就可以建立描述机器人的手部和各活动杆件之间相对位置和姿态的矩阵方程。