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机器人运动学课件
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目录
机器人运动学基础
01
逆运动学求解
03
运动学仿真
05
正运动学分析
02
运动学建模
04
运动学在实际中的应用
06
机器人运动学基础
01
运动学定义
轨迹与路径
描述物体运动轨迹与路径，分析运动形态与特征。
位置与速度
研究物体位置随时间变化规律及速度等运动参数。
01
02
运动学分类
研究机器人关节变量与末端执行器位置关系。
正运动学
根据末端执行器位置反推机器人关节变量。
逆运动学
应用领域
机器人运动学在自动化生产线上广泛应用，提高生产效率和精度。
工业生产
在医疗领域，机器人运动学用于辅助手术，实现精准操作和微创治疗。
医疗手术
正运动学分析
02
连杆参数
描述连杆本身尺寸，长度及相邻关节轴夹角。
连杆长度与转角
描述连杆间连接关系，偏距及绕公共轴线夹角。
连杆偏距与关节角
位姿描述
欧拉角表示法
用绕三轴旋转角描述姿态
齐次坐标表示
位置姿态信息合一表示
正运动学方程
用齐次矩阵，表达杆件关系。
齐次变换矩阵
根据连杆关节，计算末端位姿。
位置姿态方程
逆运动学求解
03
逆解问题概述
阐述逆运动学的定义及在机器人控制中的重要性。
定义与意义
分析逆解过程中可能遇到的数学难题与多解情况。
常见挑战
求解方法
利用雅可比矩阵迭代求解，适用于复杂多自由度机器人。
雅可比矩阵法
通过近似二阶收敛，快速求解，但需处理伪逆问题。
高斯-牛顿法
逆解实例分析
分析机械臂末端位置，逆向求解关节角度。
机械臂逆解
通过具体实例，展示逆解在机器人操作中的应用效果。
实例应用
运动学建模
04
建模原理
01
D-H参数法
用连杆参数建坐标系，求变换矩阵。
02
对偶四元数法
用对偶四元数表刚体运动，计算高效。
03
螺旋理论
用螺旋表刚体运动，分析速度、动力学。
建模步骤
01
确定参数
明确机器人各关节参数及坐标系。
02
建立方程
基于参数，构建运动学方程描述位置关系。
03
验证模型
通过模拟或实验验证模型准确性。
建模软件应用
用于机器人三维建模，精确模拟机械结构，辅助运动学分析。
SolidWorks
01
强大的计算与仿真功能，适用于复杂运动学方程求解及轨迹规划。
MATLAB
02
运动学仿真
05
仿真工具介绍
强大三维仿真环境
Gazebo
与Gazebo无缝集成
ROS
RobotMaster
支持多品牌机器人
仿真流程
模型构建
建立机器人运动学模型，包括关节、连杆等参数。
仿真设置
配置仿真环境，设置初始条件、运动轨迹等参数。
仿真案例分析
模拟机械臂运动轨迹，验证设计合理性。
模拟行走过程，优化步态稳定性与效率。
机械臂仿真
行走机器人仿真
运动学在实际中的应用
06
工业机器人应用
机器人用于零件铸造、激光切割等，提高加工精度和效率。
机械加工
装配机器人安装部件，搬运机器人实现物料搬运和堆垛，提升自动化水平。
装配搬运
服务机器人应用
服务机器人在医疗领域辅助手术、康复，提高效率与安全性。
医疗辅助
用于家务、陪伴老人儿童，提升生活便捷性与情感交流。
家庭服务
特殊领域应用
用于空间探索，实现精准对接与操作，提升任务效率。
航空航天
机器人精准定位，辅助复杂手术，提高手术成功率。
医疗手术
谢谢
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