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机器人运动学中的T6和关节坐标系求解

【摘要】:用式(8-5)的T6可以表示手部的位置和方向,这样,六连杆机器人在它的活动范围内可以任意定位和定向。这样,变换T6可用下列矩阵表示:图8-7机器人手部机器人机构运动方程建立之后,如何根据已知(给定)的T6来求各关节坐标系的解,是机器人控制中更为重要的问题。

机器人机构由一系列关节连接起来的连杆所组成。把关节坐标系固连在机器人的每一个连杆上,可以用齐次变换来描述这些坐标系之间的相对位置和方向。

描述一个连杆相对于相邻连杆之间关系的齐次变换矩阵记为A矩阵。一个A矩阵是描述连杆机构坐标系之间相对平移和旋转的齐次变换。A1描述第1个连杆相对于参考坐标系的位姿,A2描述第2个连杆相对于第1个连杆坐标系的位姿。从而得到第2个连杆相对于参考坐标系的位姿可用下述矩阵表示:

类似地,A3描述第3个连杆相对于第2个连杆的位姿,则第3个连杆相对参考坐标系的位姿为

A1,A2,A3矩阵之积称为T3矩阵。以此类推,若有一个六连杆机器人,则有

一个六连杆机器人有6个自由度(每一连杆有一个自由度)。机器人最后一个构件(手部)有3个自由度用来确定其位置,3个自由度确定其方向。用式(8-5)的T6可以表示手部的位置和方向,这样,六连杆机器人在它的活动范围内可以任意定位和定向。图8-7所示为机器人手部,O0 X0 Y0 Z0为绝对坐标系,用3个单位向量n,o和a描述机器人的姿态。n表示法向矢量,其分量为T6坐标系的OX轴对绝对坐标系的3个方向余弦;o表示端面矢量,其分量为T6坐标系的OY轴对绝对坐标系的3个方向余弦;a表示逼近矢量,其分量为T6坐标系的OZ轴对绝对坐标系的3个方向余弦,表示手部执行器向被抓物运动的方向;p表示T6坐标系的原点在绝对坐标系中的位置矢量。这样,变换T6可用下列矩阵表示:

图8-7 机器人手部

机器人机构运动方程建立之后,如何根据已知(给定)的T6来求各关节坐标系的解,是机器人控制中更为重要的问题。因此,这里要介绍机器人机构运动学方程的各种方法(Euler变换解、RPY变换解和SPH变换解等)。