《工业机器人技术》_第3章.pptxVIP

引言学习成果达成要求：1、掌握连杆坐标系的建立方法；2、掌握D-H矩阵的建立方法；3、掌握机器人运动学方程的建立方法；4、了解与机器人作业相关的坐标系的建立方法。

1?23?与人的手臂类似，机器人是由多个构件（连杆）通过关节(铰链)连接在一起，机器人末端的运动才是真正用于满足工作要求的运动，但末端的运动与每个关节的运动相关。所谓一个关节的运动，就是通过关节相连的两个连杆之间的相对运动。其次，是理解刚体变换矩阵“右乘”的物理意义。为研究机器人末端运动，最常用的方法是采用D-H矩阵。要理解D-H矩阵的建立：首先要理解“刚体的位姿矩阵。引言4在这两个基础上，只要按照关节的连接顺序，将描述每个关节运动的D-H矩阵组合起来，就可以确定机器人的运动学方程。

机器人常用运动副及机器人机构机器人运动学方程3.13.3目录3.23.4机器人连杆及相对运动描述—D-H矩阵与机器人作业相关的坐标系建立及坐标系标定

3.1机器人常用运动副及机器人机构机器人的相邻两个构件之间是通过运动副（关节）相连，常用的运动副类型如图3-1所示。图3-1中，球面低副、球销副、圆柱副、转动副、移动副和螺旋副在机器人机构中都有应用，其中最常用的运动副包括转动副和移动副。图3-1常用运动副

3.1机器人常用运动副及机器人机构应用球面低副、球销副、圆柱副、转动副、移动副等运动副可以将机器人的连杆连接起来，组成运动链，从而可以构成直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型以及关节型机器人，它们的机构运动简图如图3-2所示。(a)直角坐标机器人(b)圆柱坐标机器人(c)球坐标机器人(d)关节式机器人图3-2机器人机构运动简图

3.2机器人连杆及相对运动描述—D-H矩阵3.2.1机器人连杆及运动编号图3-3机器人连杆及运动副编号为研究机器人的运动，需要对所有连杆和运动副进行编号。如图3-3所示，机器人的连杆及运动副的编号规则如下：（1）连杆的编号顺序机器人基座的编号为0，其它连杆按照运动传递顺序依次编号为1，2，…,n；（2）运动副编号顺序连杆1与基座（连杆0）相连的运动副编号为1；连杆1与连杆2相连的关节编号为2，依次类推，即连杆i与连杆i-1相连的运动副编号为i，连杆i与连杆i+1相连的运动副编号为i+1。对于机器人，除了基座和机器人末端连杆外，其余连杆称作中间连杆，每一个中间连杆上都有两个运动副。

3.2机器人连杆及相对运动描述—D-H矩阵3.2.2连杆参数以及基于“上关节”的连杆坐标系和D-H矩阵1955年，Denavit和Hartenberg[1]提出一种基于矩阵变换描述低副运动机构运动的方法，称为D-H矩阵法。这种方法的核心是定义了连杆参数，称为D-H参数，也定义了连杆坐标系，称为D-H坐标系。该方法是研究空间机构运动最常用的方法，因而商用机器人一般都采用该方法描述机器人的运动。图3-4连杆参数：长度和扭角D-H矩阵定义连杆参数的方法如图3-4所示。连杆参数规定：（1）连杆i-1长度ai-1关节轴线i-1与关节轴线i的公垂线的长度ai-1，规定为连杆i-1的长度。当关节i和i-1的轴线相交时ai-1=0。

3.2机器人连杆及相对运动描述—D-H矩阵3.2.2连杆参数以及基于“上关节”的连杆坐标系和D-H矩阵（2）连杆i-1扭角?i-1关节轴线i-1与关节轴线i的夹角?i-1称为连杆扭角。当两关节i和i-1的轴线平行时?i-1=0。基于杆i-1长度ai-1和连杆i-1扭角?i-1这两个参数，可以研究基于连杆“上关节”的D-H坐标系的建立方法。图3-5连杆坐标系（3）关节变量?i由图3-5可以看出，连杆i-1上的坐标系{Xi-1Yi-1Zi-1}的坐标轴Xi-1与连杆i上的坐标系{XiYiZi}的坐标轴Zi垂直（ai-1是公垂线）；同时，连杆i上的坐标系{XiYiZi}的坐标轴Xi与{XiYiZi}的坐标轴Zi垂直，设Xi与Xi-1的夹角为?i，?i称为关节角。

3.2机器人连杆及相对运动描述—D-H矩阵（4）连杆偏距di由图3-5可以看出，连杆i-1上的坐标系{Xi-1Yi-1Zi-1}的坐标轴Xi-1与连杆i上的{XiYiZi}的坐标轴Xi沿Zi轴的距离为di，di称为连杆偏距。3.2.2连杆参数以及基于“上关节”的连杆坐标系和D-H矩阵综合上述：连杆i-1长度ai-1、连杆i-1扭角?i-1、关节角?i以及连杆偏距di完全确定了坐标系{Xi-1Yi-1Zi-1}与坐标系轴{XiYiZi}的相对位置关系，这四个参数称为连杆参数。图3-5连杆坐标系

3.2机器人连杆及相对运动