机构学和机器人学
机器人机构学【ch04】串联机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
串联机器人机构拓扑结构特征
4)同一连杆上两运动副轴线相交于 一点，两者共用“⌒”表示。
5)若干个P副平行于同一平面，用 (-P-P-…-P-)表示。
“
6)同一连杆上两运动副轴线垂直，两者之间用“⊥”表示。
i(扭角)：两相邻运动副轴线之间的夹角，即按右手坐标 系，绕xi轴线由zi到zi+1的转角。
串联机器人机构拓扑结构特征
1)两运动副轴线重合，即 αi=0，ai=0。
2)两运动副轴线平行，即 αi=0，ai≠0。
上述机器人连 杆的关节运动 副可特殊配置
如下：
3)两运动副轴线相交于一 点，即αi≠0，ai=0。
”
串联机器人机构拓扑结构特征
串联机器人机构的活动度公式
串联机器人机构的活动度公式为
m
F fi i1
式中，F为机构活动度；m为机构运动副数；fi为第i个运动副自由度数。
串联机器人机构拓扑结构特征
串联机器人机构运动输出特征矩阵
串联机器人机构的位移输出与速度输出
串联机器人机构的位移输出是末端连杆的位置与方向(位姿)，为机构运动输入的函数。串
串联机器人机构运动输出特征方程
4)相互平行(重合)的两个转动必相关， 只对应一个独立转动输出。
5)平行于同一平面的三个转动必 相关。
“ 6)不平行于同一平面的四个转动必相关，三维空间内最多有三个独立的转动输出。 ”
03
串联机器人机构运动 输出特征矩阵运算
串联机器人机构运动输出特征矩阵运算 运动输出特征矩阵运算规则
步骤1 选定单开链的运动 输出特征矩阵MS。
机器人机构学【ch07】3T-0R并联机器人机构拓扑结构综合与分类 培训教学课件
支路结构类型与支路组合
例如，表7-1中SOC栏第二列所给出的7种类型。
支路结构类型与支路组合
混合单开链支路结构类型
根据表6-1选定4种两支路并联机器人机构，如图7-1所示。
支路结构类型与支路组合
支路组合方案 基于并联机器人机构支路数目、主动副位置，同时考虑到并联机器人机构对 称性、SOC支路与HSOC支路结构特点和运动输出特征，由表7-1所示的支 路类型可设计很多组合方案，均可获得3T-0R并联机器人机构，这里仅列出 部分组合方案。
表7-2中No.22～No.24等并联机器人机构。该类机构在装配时，应满足ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ持瞬时运动
特性不变的条件。然而，制造与装配误差总会存在，故其运动敏感性较强。
”
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3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
图7-9所示的3T-0R并联机器人机构。根据主动副判定准则，该并联机器人机构同一平台上的3个P副可 同时为主动副。
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
基于改变支路运动副次序或方向的类型扩展：图7-10所示的两种混合单开链支路运动输出特征等效， 其区别仅在于4R平行四边形回路在支路中位置不同。
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类 基于等效支路的完全取代扩展
① SOC{I-B(1)}，即SOC{-H//H//H//H-}。
② HSOC{I-B(1)}，即HSOC{-R(-P(4R))//R//P-}。
机构学与机器人学的几何基础与旋量代数
机构学与机器人学的几何基础和旋量代数是它们的重要组成部分。
几何学为机构学和机器人学提供了基本的空间建模和运动分析方法，因此是机构学和机器人学中不可或缺的学科。
在几何学中，三维空间中的物体可以用位置向量、旋转矩阵和其他几何变换来描述。
旋量代数是一种用于表示旋转和运动的数学方法，广泛应用于机构学和机器人学。
在旋量代数中，旋转可以用旋量来表示，这种表示方法具有许多优秀的性质，如运算的简洁性和不变性。
因此，几何学和旋量代数对于理解机构学和机器人学中的空间建模和运动分析是非常重要的。
这些概念在机构学和机器人学中都有广泛的应用，因此掌握这些知识对于研究和应用机构学和机器人学是非常必要的。
机器人技术-Ch3 机器人机构学1
机器人以履带行走(复杂地面)
以腿轮结合实现越障功能
43
3.
灵巧手
– 空间局限 – 运动复杂、自由度多 – 安全因素
• 特点
• 关键技术
– – – – 机构 材料 传感器 控制
44
小结
1. 基本概念 自由度、运动链、串联、并联、工作空间 2. 自由度布置 工业机器人四种坐标结构 3. 腿结构型式 运动方式 4. 灵巧手
22
2.1.2 圆柱和球坐标型机器人
圆柱坐标型机器人Versatran
球坐标型机器人Unimate
23
2.1.2 圆柱和球坐标型机器人
• 布置形式
– 圆柱坐标型机器人是由一个回转和两个平移的自由度 组合构成； – 球坐标型机器人是由回转、旋转、平移自由度组合构 成。
• 特点
– 这两种机器人由于具有中心回转自由度，所以都有较 大的动作范围，其坐标计算也比较简单。
–静平台 –动平台
9
1.1 运动链
• 机构的表达——机构简图 • 常用机构符号
构 件 移 动 副 杆件 机座 手部执行器
转 动 副
常见构件和运动副符号
11
例：绘制图示球坐标式机器人的机构运动简图。
实物图
机构简图
1.2 自由度(Degree of Freedom - DOF)
• • • • 空间自由度 刚体自由度 机构自由度 机器人自由度
7
1.1 运动链
• 开链 运动链严格包含两个 连杆作为其终端，它 们只与其它一个连杆 相连接。 • 闭链 运动链中，任何一个 连杆都与其它两个 （或以上）连杆相连。
8
1.1 运动链
• 串联 连杆首尾相接，每个 连杆最多与其它两个 连杆连接。
机器人工程专业介绍
机器人工程专业介绍机器人工程是一门涵盖机械工程、电子工程、计算机科学和控制理论等多个领域知识的综合性学科。
它致力于设计、制造和控制自动化机器人系统，为现代工业、农业、医疗和服务领域提供智能化解决方案。
本文将从机器人工程专业的背景和发展、专业课程设置和就业前景来介绍这一专业。
一、机器人工程专业背景与发展随着工业4.0和人工智能的快速发展，机器人在工业生产、服务领域的应用愈发广泛。
机器人工程专业应运而生，成为全球高等教育领域的重要专业之一。
机器人工程专业一般包括机器人系统与控制、机构学与机械设计、电气与电子技术、计算机科学与智能控制等核心学科。
学生在学习过程中，需要通过理论与实践相结合的方式，掌握机器人的结构设计、运动控制、传感器应用、人机交互技术等基础知识和技能。
目前，机器人工程专业在全球范围内的相关课程设置和研究机构日益完善。
许多知名大学和科研机构设立了机器人实验室，并开展了相关研究。
同时，机器人工程专业也积极引入先进的人才培养模式，包括跨学科综合培养、产学研结合等，旨在培养具备全面素质和创新能力的机器人专业人才。
二、机器人工程专业课程设置机器人工程专业的课程设置主要分为基础课程和专业课程两个方面。
1. 基础课程基础课程包括数学、物理、计算机编程等内容，为学生打下坚实的理论基础。
这些课程旨在培养学生的数理思维能力和计算机应用能力，为后续的专业学习打下坚实的基础。
2. 专业课程专业课程包括机器人学、机构学与机械设计、自动控制理论、传感器技术、人机交互等内容。
这些课程涵盖了机器人工程专业的核心知识，通过理论与实践相结合的教学方法，学生可以掌握机器人的结构设计与控制、感知与决策、人机交互等技术。
除了专业课程之外，还有一些选修课程供学生选择，如计算机视觉、机器学习、自主导航等。
这些选修课程可以帮助学生深入了解机器人领域的前沿技术和发展趋势。
三、机器人工程专业的就业前景机器人工程专业毕业生的就业前景广阔。
机构学和机器人学PPT文档共45页
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
5 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机构学和机器人学4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
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）
机构学与机器人动力学分析
机构学与机器人动力学分析随着现代工业的发展，机器人已成为自动化制造过程的一部分。
机器人不仅能够提高生产效率，还能够减少人力资源的需求以及生产中潜在的安全风险。
然而，机器人的设计和制造并不容易。
在机器人设计过程中，机构学和机器人动力学分析是两个十分重要的领域。
机构学是研究机构的运动和力学属性的分支学科。
机构是由多个零部件组成的系统，通过这些零部件的相互连接和相对运动来实现特定的运动。
在机器人中，机构是机器人的框架和机构间连接系统的总称。
机构学可以帮助工程师设计出更加可靠和高效的机构系统，从而提高机器人的运动精度和运动速度。
机器人动力学是探究机器人在不同动力学条件下的运动状态和行为的研究。
机器人动力学是机器人控制系统中的关键因素。
通过对机器人动力学的分析，机器人的精细控制和运动可以进一步发展，从而使其能够更好地适应其工作环境和应用场景。
机器人动力学的分析包括机器人的运动和反应时间、力和力矩等。
机器人的设计、制造和运动控制都需要机构学和机器人动力学的知识。
机器人的运动控制需要计算机程序来控制机器人的动作，这就需要工程师对机构学和机器人动力学的知识有深入的理解。
当机器人接收到指令后，它必须能够快速准确地完成特定的运动。
这就要求机器人的机构和动力学系统必须能够对外界条件做出反应，并保持平衡和稳定。
机器人的运动控制必须要能够持续准确地响应外界干扰，这就需要机器人的机构和动力学系统具有高度的鲁棒性，能够承受外界的各种变化和影响。
如果机器人的鲁棒性比较弱，它在遇到外界干扰时就会产生较大的姿态误差和失控风险。
机器人的动作也需要考虑终端执行器和控制系统的响应时间。
如果机器人的执行器和控制系统响应时间较长，机器人就会响应不及时，产生慢反应的现象。
在制造过程中，这样的现象会导致生产率下降，甚至会对生产设备的安全性产生风险。
总之，机器人的设计和制造是一个复杂而繁琐的过程。
机构学和机器人动力学的知识是机器人设计和制造过程中的关键因素，它们对机器人的有效性和性能产生了巨大的影响。
机器人学第三章(机器人的机型与结构)
第三章 机器人的机型与结构3.1 串联机器人机械手的形态与自由度机械手的动作形态是由三种不同的单位动作——旋转、回转、伸缩组合而成的。
如图3-1所示，旋转或回转是指运动机构产生相对转动，两者的不同仅在于转动部件的轴线与转动轴线是否同轴，因而常常把它们笼统地称为转动。
伸缩是指运动机构产生直线运动，这在人臂的动作中是不存在的，但机械手引入了伸缩动作，运动范围就可以得到扩大。
根据单位动作组合方式的不同，机械手的动作形态一般归纳为以下四种类型：（1）直角坐标型（2）圆柱坐标型（3）极坐标型（4）多关节型。
（1）直角坐标机器人。
如图3-2所示，直角坐标型机器人可以在三个相互正交的方向上作直线伸缩运动，机器人的手爪位于一个笛卡尔坐标系内。
有的机器人还利用旋转关节控制手爪的姿态。
这类机器人手各个方向的运动是独立的，计算比较方便，末端位置和精度也是一定的，但由于占地面积大，往往限于特定的应用场合。
（2）圆柱坐标机器人。
圆柱坐标机器人主要由垂直柱子、水平手臂（或机械手）和底座构成。
水平机械手装在垂直柱子上，能自由伸缩，并可沿垂直柱子上下运动。
垂直柱子安装在底座上，并与水平机械手一起（作为一个部件）能在底座上移动。
这样，这种机器人的工作包迹（区间）就形成一段圆柱面，如图3-3所示。
因此，把这种机器人叫做圆柱坐标机器人。
（3）极坐标机器人。
这种机器人如图3-4所示。
它像坦克的炮塔一样。
机械手能够作里外伸缩运动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。
因此，这种机器人的工作包迹形成球面的一部分，并被称为球面坐标机器人。
（4）多关节型机器人。
这种机器人主要由底座（或躯干）、上臂和前臂构成。
上臂和前臂可在通过底座的垂直(c)伸缩(a)旋转(b)回转图3-3 圆柱坐标机器人 图3-4 极坐标机器人 图3-2 直角坐标机器人平面上运动，如图3-5所示。
在前臂和上臂间，机械手有个肘关节；而在上臂和底座之间，有个肩关节。
在水平平面上的旋转运动，既可由肩关节进行，也可以绕底座旋转来实现。
机器人机构学【ch06】并联机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
“
可分离活动度
当机构可以分割为两个或多个独立的运动子链，且每个子链的从动连杆相对于机架的
位姿只是该子链内主动输入的函数时，该机构具有可分离活动度。
”
活动度类型与控制解耦原理
活动度类型判定准则如下： 1)当F个主动副位于同一个BKC的诸支路中时，机构具有完全活动度。
2)当F个主动副位于不同BKC的支路中时，机构具有部分活动度。
第六章
并联机器人机构拓 扑结构特征与综合
工业和信息化部“十四五”规划教材
机器人机构学
01
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构分解
如图6-1所示，任一基本回路数为v的并联机器人机构可视为由动平台、静平台以及两者之间并联的v+1 个单开链(SOC)支路组成。
并联机器人机构结构组成
本运动链(BKC)组成。
基本运动链判定准则
按照机构耦合度算法，机构被依次 分解为1个SLC和v-1个SOC。
“
基本运动链的重要性质 1)基本回路数为v且只由R副组成的BKC类型只存在有限种。
”
多回路机构耦合度
2)每一种BKC的运动学正解(包括复数解)数目NBKC是一不变量，v=1～3的平面BKC的NBKC如表6-2所示。 3)并联机器人机构的混合单开链(HSOC)支路中包含BKC，有利于实现并联机器人机构控制解耦。
并联机器人机构结构组成
并联机器人机构结构组成
混合单开链支路及其等效单开链：含有回路的开链称为混合单开链，如图6-2(a)所示。
并联机器人机构结构组成
更一般地，混合单开链可由并联机器人机构(单回路机器人机构可视为回路数为1的并联机器人机构)串 联若干运动副和连杆组成，如图6-3(a)、(b)所示。
机器人结构学基础
机器人结构学基础
机器人结构学基础主要包括以下几个方面：
机器人驱动装置：为使机器人运行起来，需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置。
驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统。
此外，驱动系统也可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。
机器人传动装置：机器人的传动系统通常包括齿轮传动、链传动、带传动和连杆传动等。
这些传动系统需要能够高效地将动力从驱动器传递到执行器，同时保证机器人运动的准确性和稳定性。
机器人执行机构：机器人的执行机构通常包括夹具、末端执行器等。
夹具用于固定和加工工件，末端执行器用于完成各种作业动作，如搬运、装配、检测等。
机器人传感器：传感器在机器人中起着非常重要的作用，能够感知外界环境的变化，并将这些变化转化为电信号，传输给控制系统，控制系统根据电信号的变化来调整机器人的运动状态。
常见的机器人传感器包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器和力传感器等。
机器人控制系统：控制系统是机器人的大脑，它负责控制机器人的运动。
控制系统接收来自传感器的信息，根据预设的算法和程序来控制机器人的运动。
控制系统的性能直接决定了机器人的运动性能和作业效果。
机器人学基础理论：包括机器人运动学、动力学、控制理论等。
这些
理论为机器人的设计和应用提供了基础，帮助我们更好地理解机器人的运动原理和性能特点。
总的来说，机器人结构学基础是机器人学的重要组成部分，它为机器人的设计和应用提供了理论基础和技术支持。
机器人机构学-绪论
机器人机构学-绪论引言机器人机构学是一门研究机器人结构和运动学的学科。
随着人工智能和自动化技术的快速发展，机器人在工业生产、医疗保健、军事应用等领域得到越来越广泛的应用。
机器人机构学的研究可以帮助我们理解机器人的结构特点和运动规律，进而设计出更加灵活、高效的机器人系统。
机器人机构的定义机器人机构是指构成机器人的各个部件之间的连接关系，包括机身、传动系统、关节、传感器等。
机器人机构的设计对机器人的性能、可靠性和适应性等方面的影响极大。
机器人机构的分类根据机器人机构的结构和运动特点，可以将其分为以下几类：1.串联机构：由一系列关节连接而成，每个关节只有一个自由度。
典型的串联机构包括人的手臂和腿等。
2.并联机构：由多个并联的关节组成，每个关节都有自由度。
并联机构具有较高的刚度和精度，常用于需要快速准确定位的任务。
3.混合机构：由串联机构和并联机构的组合构成，兼具串联机构的灵活性和并联机构的刚度。
4.柔性机构：通过柔性材料的变形实现机器人的运动。
柔性机构具有较好的适应性和承载能力，适用于狭小空间和不规则环境的工作。
机器人运动学机器人运动学研究机器人的位置、姿态和运动规律。
根据运动学理论，可以通过给定机器人关节的角度、长度和位置等参数，计算机器人末端执行器的位置和姿态。
机器人运动学分为正运动学和逆运动学两个方面：正运动学正运动学是指已知机器人关节的运动参数，推导出机器人末端执行器的位置和姿态的过程。
通过正运动学，可以确定机器人在空间中的准确位置，具有重要的实际应用价值。
逆运动学逆运动学是指已知机器人末端执行器的位置和姿态，计算机器人关节的运动参数。
逆运动学是机器人控制的核心问题之一，解决逆运动学可以实现机器人的自主控制和路径规划。
机器人机构学的应用机器人机构学的研究成果广泛应用于各个领域。
以下是机器人机构学的几个典型应用：1.工业机器人：工业机器人广泛应用于生产线上的重复性、高精度任务，如焊接、装配和搬运等。
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。
《机器人学》教学大纲
《机器人学》课程教学大纲、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标:机器人学是智能制造工程专业培养计划中一门高度交叉、前沿的重要专业必修课程，融合了运动学/动力学分析、机械学、控制理论与工程、计算机技术、人工智能等多学科内容的综合性新技术应用课程.通过该课程的学习，使学生了解并掌握机器人学相关的基本理论和方法，具有现代机器人系统设计、分析、应用等基本能力和以后从事相关科学研究和技术工作的能力。
本课程针对智能制造工程专业的特点，主要介绍机器人数学基础、工业机器人、服务机播人的基本机械结构设计、运动学与动力学分析，以及机器人传感器和控制技术等基础理论和技术基础知识，并以实际工程应用为背景，安排各类机器人实样参观、专题讲座、实验等内容。
通过本课程教学，不但使学生掌握机器人技术的基本理论知识，使学生对各类机器人技术和开发方法有所了解，同时通过课程设计等活动培养其在逻辑思维、科学研究和设计实践上的能力，从而培养学生综合运用机器人技术解决智能制造领域实际工程问题的能力。
（二）课程目标：课程目标1：学习并掌握现代机器人的基本理论及方法，具有应用机器人解决工程问题的创新意识和能力；（支撑毕业要求1）课程目标2：学习并掌握工业机器人、服务机器人的状态检测和控制技术，具有利用先进控制理论和方法进行机器人控制并完成具体工程应用的能力；（支撑毕业要求2）课程目标3：学习并掌握现代机器人的总体设计、技术设计和详细结构设计及控制系统设计等内容,具有根据实际工程问题设计相应机器人解决方案的能力：（支撑毕业要求3）课程目标4：评定方法包括课后作业（15%）、实验（20%）、项目研究（15%）和期末考试（50%）环节,总评成绩以百分计，满分100分，各考核环节所占分值比例和根据具体情况微调。
2.（三）评分标准通过机器人的实验，获得相关实验设计和实验技能的基本训练，具有应用相关实验方法解决实际工程问题的能力。
（支撑毕业要求5）（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系三、教学内容第1章：绪论（3学时）通过本章内容的教学，使学生了解机器人学的起源与发展，讨论机器人学的定义，分析机器人的特点、结构与分类。
机构学和机器人学3运动学中的矩阵法
若二定、长绕矢直量角r坐随标刚轴体的旋一转组，旋旋转转次序为：
先绕z转α→绕y轴转β角→绕x轴转γ角达到终点，则：
r2 R ,x R , y R ,z r1
（3-9）
r2 R r1
（3-10）
cc
R sc css
ss csc
sc cc sss cs ssc
轴转回原先的位置，这种方法 可用五次转动来实现。
8
r2 R , y R ,x R,z R ,x R , y r1
即为 绕任意轴 u 旋转φ角， r 前后位置的关系式。
r2
R
,u
r1
（3-13）
(3-12)中五只矩阵连乘即得
R
,u
的表达式。
由图：
sin uy
sin ux
p1 y
cos1
j
q1
y
1
1
（3—23）
qjx
写成简单形式：q jy 1
R1 j 00
p j R1 j 1
p1
q1x q1y （3—24） 1
或：
q 1
j
D1 j
q1
1
（3—25）
则3×3矩阵 D1j 称为平面位移矩阵。
18
二、空间位移矩阵
刚体空间位移矩阵，类似以上（3-20）、（3-22）、（3-25）方 式的描述，图仍然适用于空间机构，只要用三维旋转矩阵
R R , ,
、 R
,
u
或
R , ,
代替
即可。
为了方便，现用
R
,u
代替R
于是相应表达式
（3—20）成： q j p j R ,u q1 p1 （3—26）
机器人机构学【ch05】单回路机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
xi i
yi i
zi
i
i
0
普通过约束回路秩的判定
众所周知，单闭链速度约束方程组的秩(独立速度约束方程的数量)不一定等 于其位移约束方程组的秩。 但若使速度约束方程组降秩的条件与机构运动位置无关，而只与机构运动副 轴线方位的特殊配置类型有关，则无论机构运动到任何位置，机构速度约束 方程组与位移约束方程组两者的秩相等，且存在条件相同。
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普通过约束回路秩的判定
图5-4一般过约束单闭链及其转化单开链 SOC 。
普通过约束回路秩的判定Fra bibliotek求秩示例
在分析单闭链的秩之前，需要对含有C、U与S副的单闭链进行转化，将它们转变为只含
有R与P副的结构组成形式，即C副等价为SOC-RC //PC-
，U副等价SO为C
-R1U
R
U 2
-
，S
副等价为 SOC
m
F fi L i1
单回路机器人机构的活动度与运动副特性 消极运动副及其判定 消极运动副
消极运动副判定准则
对活动度F>0的单闭链，若由某运动 副连接的两个连杆不存在相对运动，
则该运动副为消极运动副。
对F>0的单闭链SLC，假想将某运动 副(或运动副的某自由度)刚化，得到
相应原SLC的新单闭链SLC*。
特殊过约束回路研究简介
螺旋相关性判别法的基本思想
将机构所有的运动副均以运动螺旋表示，构成一个螺旋系，若存在与该螺旋系中每个螺 旋均相逆的反螺旋，则此反螺旋就是该机构的一个公共约束。若机构的公共约束数为， 则其独立位移方程数ξL=6-λ。
特殊过约束回路研究简介
解析法
近年来，解析法逐渐成为研究过约束机构的主流方法，它分为两大类。
机器人机构学基础
机器人机构学基础
1. 机器人的定义和分类：机器人是一种能够自动执行任务的机械装置，可以分为工业机器人、服务机器人、军用机器人等不同类型。
2. 机器人的机构组成：机器人的机构包括机身、臂部、腕部、手部等部分，每个部分都由一系列的关节和连杆组成。
3. 机器人的运动学：机器人的运动学主要研究机器人各关节的运动关系，以及机器人末端执行器的位置和姿态。
4. 机器人的动力学：机器人的动力学主要研究机器人各关节的驱动力和力矩，以及机器人的动态响应。
5. 机器人的控制：机器人的控制包括位置控制、速度控制、力控制等方面，常用的控制方法包括 PID 控制、模糊控制、神经网络控制等。
6. 机器人的编程：机器人的编程是指通过编程语言对机器人进行控制和操作，常用的编程语言包括 C++、Python、MATLAB 等。
7. 机器人的应用：机器人的应用非常广泛，包括工业生产、医疗保健、教育、军事等领域。
总之，机器人机构学基础是机器人领域中的一个重要分支，对于深入了解机器人的机构设计、运动学和动力学等方面具有重要意义。
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