2、机器人的位姿描述与坐标变换.

机器人学

第二章机骼人的位姿描述与坐标变换

战强

北京航空航天大学机器人研究所

第二章机器人的位姿描述与坐标变换

2-1 ＞基本概念

1)自由ZJL(Degree of Freedom, DOF):扌旨一

个点或一个物体运动的方式，或一个动态妖统的变1

匕方式。每•个白由度可农示一个犯立的变登，而利

用所右的自由度，就可完全规定所研究的i物体或一

个系统的位直和姿态。也指描述物体远动所需的独立

坐标数，3维空间需耍6个自由度。

2)MT^5t(ManipuIator): 具冇和人手臂(Arm)

相似的功能、可在空间抓放物体•或进行其它燥作的机

电装虫_。-------------- Arm

3)End-Effector)：位于机器人腕部

的末端，直接执行工作耍求的装主L。妇灵巧手、夹

持器。Hand/Gripper

4)*脫(Wrist):仗于执行器与手臂之间，具

有支撑耳口调整末端执行^器姿态功》旨白勺机构。操作臂的组成邢分之一。

5)*M(Arm):位于基座科手腕之间. 由操作手的动力关节利连杆等组成的组件。久土支撑手腕和末端执行器，并具有调益末媾执行器位宜的功負葺操1乍臂的组成召P分。Outdated !

6)世界坐标系(World Coordinate System): 照地球白勺直玮坐标系。

7)机庄坐标糸、基坐标系(Base reference coordinate system): 参照机器人基座的坐标J5J HP机器人班端位姿的参考坐标系。

8)坐标交换(Coordinate Transformation):: 一个点的坐标描述从一个坐标系转换到另一个坐标系下描述的过稷。

9)tfc姿(Positiun&Pose):机器人未端执行器在指定坐标系中的位JSL和姿态。

10)工作空间(Working Space):机器人在执彳亍任务吋，其腕斗由交点在空间£舌动的范區I。由连杆尺寸和构形决定。

11)AM(Load):作用于未端执行器上的质和力矩。

12)匕灾负收(Rated Load):机器人在规定的性歩土范BB内. 班端机林J晏口处*皂够承受的最大负哉•(包扌舌末端执行器在内)o

13)Resolution):机器人毎个关节能够实现的最刀、移动図巨商或最彳、时动沖度O

14)tit姿精ZK(Pose Accuracy): 指令设定位姿与实际到达位姿的一致程度。

15)轨还猜Zl/Path Accuracy):机粘人机械接口中心瓯扌旨令轨迹的一致程度.

16)点tfc控制(Poinl to Point Control, PTP)：控制机器人从一个位姿转到另一个位

姿，共路悝不卩艮C

17)述血忧迹控制(Continuous Path

Control, CP):机械接口在指定的轨迹上.按照

编程规定的位姿和逸度移

动。它适于对两个以上的运动环予进行控

制。

18)协诅艘制(Coordinated Control):

协调多个手臂或多台机器人同时进衍某种

作业的控制O

19)何片民系统(Servo System):控制机器人

的位姿耳口速度等.T更其跟傩目标值变［匕的

控制系统。

20)(Off-line Programming):机器人作业方式的佶■息记忆过程与作业对象不发生克接关系的编程方戎。

21)On-line Programming):通过人的示教来宪成操作侑息的忆过程的绸稅方式。

22)Artificial Intelligence, AI):机黠人能执行一些类似人类智力活•动的男邑力。如扌隹理、规丸J、图只另!理解才口学习等。

23)Pattern Recognition):逊过类似人类感觉器官的传感器所检涧J的信，电来分析、描述才口区分各于物体特征的方法。

24)机＜1•人i»W(Robot Language): 机瀋人系统中的计算机编下星语古，主耍有VAL. VAL2、LAMA. RAIL务。

25)MWTactile Sense):机器人与物体之间扌妾触日寸所得•到的是处借息。

26)Sense of Contact Force): 机

藩人与物体某个表面接鮭时，沿法线^方向

受到的力的佶•息感处。

27)视地(Visual Sense):机器人对光务夕

卜界佶•'电白勺感觉。禾J用这才中感觉

可以识别物体旳轮廓、方位、背母等环境

状态。

28)接近JtfProximity Sense):机緒人

気皂感受到与物体接近程度的》邑力。

29)»Jit(Slip Sense):机器人能感受列其

末端执行器与被夹持物之问滑移程度白勺

虫邑力。

2) 机构BS形苻号

移动关节1t亠亠1

—| I——cxj— N 】i

■ ♦・—■

ED柱关予

末蛾执行肆

)

//〃/〃///述杆

3) 机肆人按机构形式分类与简09

优点：工作空间人、速度快厂串联机器人］缺

点：系统的刚性较弱、定

位精度较差

优点：系统的刚度大、定位

并联机器人精度高

缺点：工作空间小、运动速

•度低

串联机器人的种类:

A、直角坐标型机器人

P=F(X",Z)

B、圆柱坐标机器人

P=F(9,Z,/e)//////〃

e o

U

H

77777777