s09 开式链机构1.ppt

第八章 开式链机构 8-1 概述 8-2 开式链机构的结构分析 8-3 开式链机构的运动学 8-1 概述 开式链机构的定义：由开式运动链所组成的机构，称为开式链机构。 开式链机构的特点：灵活但难以控制,运动分析复杂尤其是逆问题；每个关节都需要有驱动源; 机器人是一种自动控制下通过编程可完成某些操作或移动作业的机器人; 8-1 概述 机器人与传统的自动机的区别: 机器人是一种灵活的、万能的、具有多目的用途的自动化系统。易于调整来完成各种不同的劳动作业和智能动作,其中包括在变化之中及没有事先说明的情况下的作业。机器人的操作称为柔性自动化。 由连杆机构、凸轮机构等所组成的传统的自动机用于完成单一的重复的作业。传统的自动机的操作称为固定自动化. 8-1 概述 机器人的作用:从事一般及特殊劳动.包括制造业,制药业,微电子,深水,航空,挖掘,排险及军事,医用,家用等. 8-1概述 机器人的基本组成: 1.执行系统(操作器); 2.控制系统; 3.驱动系统; 8-2 开式链机构的结构分析 一、操作器的组成 二、操作器的自由度 三、操作器的结构分类 8-2 开式链机构的结构分析 一、操作器的组成： 操作器是机器人的执行系统，是机器人握持工具或工件、完成各种运动和操作任务的机械部分。 操作器是由机身、臂部、腕部和手部（末端执行器）等组成。 8-2 开式链机构的结构分析 二、操作器的自由度： 操作器的自由度是指在确定操作器所有构件的位置时所必须给定的独立运动参数的数目。 操作器的主运动链通常是一个装在固定机架上的开式运动链。 操作器中的运动副仅包含单自由度的运动链------转动关节和移动关节。 机器人操作器的自由度数目等于操作器中各运动部件自由度的总和。F=? f i 操作器臂部的运动称为操作器的主运动，臂部各关节称为操作器的基本关节。 8-2 开式链机构的结构分析 为了使操作器手部能够达到空间任一位置，通常的空间机器人操作器的臂部应至少具有3个自由度。 为了使操作器手部能够达到平面任一位置，通常的平面机器人操作器的臂部应至少具有2个自由度。 8-2 开式链机构的结构分析 腕部的自由度主要是用来调整的姿态的 为了使手爪在空间能取得任意要求的姿态，在通用的空间机器人操作器中，其腕部应至少有3个自由度。 为了使手爪在平面能取得任意要求的姿态，在通用的平面机器人操作器中，其腕部应至少有1个转动关节。 8-2 开式链机构的结构分析 手部的动作主要是开闭，用来夹持工件或工具。它的自由度不计入操作器的自由度数目中。 通用的空间机器人操作器必须至少具有6个自由度：3个自由度决定手爪的空间位置，3个自由度确定手爪在空间的姿态，并且为了使手爪能够在三维空间取得指定的姿态，至少要有三个转动关节； 通用的平面机器人操作器必须至少具有3个自由度：2个自由度决定手爪的平面位置，1个自由度确定手爪在平面的姿态，并且为了使手爪能够在二维空间取得指定的姿态，至少要有一个转动关节； 8-2机器人操作器的结构分析 三、操作器的结构分类: 1.直角坐标型;(14%) 2.圆柱坐标型:(47%) 3.球坐标型;(13%) 4.关节型;(25%) 8-3 开式链机构的运动学 研究的主要问题 平面两连杆关节型操作器 平面两连杆关节型操作器  一、 研究的主要问题 正向运动学问题（直接问题）： 给定操作器的一组关节参数，确定其末端执行器的位置和姿态； 反向运动学问题（间接问题）： 对于工作所要求的末端执行器的一个给定位置和姿态，确定一组关节参数，使末端执行器达到给定的位置和姿态。 解的存在性： 多重解： 一、 研究的主要问题 工作空间：指在机器人运动过程中其操作器臂端所能达到的全部点所构成的空间，其形状和大小反映了一个机器人的能力。 可达到的工作空间：机器人末端执行器至少可在一个方位上能达到的空间范围。 灵活的工作空间：机器人末端执行器在所有方位均能达到的空间范围。 注意：工作空间是操作器臂端所能达到的全部点所构成的空间，而不是指末端执行器或工具末端所能达到的全部点所构成的空间。 二、平面两连杆关节型操作器 正向运动学问题： 雅可比矩阵是关节速度和操作器臂端的直角坐标速度之间的转换矩阵。 反向运动学问题 工作空间 可到达的工作空间 灵活的工作空间 二、平面两连杆关节型操作器 正向运动学问题： 二、平面两连杆关节型操作器 二、平面两连杆关节型操作器 反向运动学有解的存在性和多解