系統(tǒng)建模與動(dòng)力學(xué)分析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及機(jī)器人建模舉例(編輯修改稿)
2025-05-28 07:51 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)178。 機(jī)器人控制技術(shù) 機(jī)器人現(xiàn)狀及趨勢(shì)178。 發(fā)展史： 第一代：示教再現(xiàn)型機(jī)器人 第二代：具有感覺的機(jī)器人 第三代：智能機(jī)器人178。 發(fā)展趨勢(shì)：標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化178。 存在問題： 、處理能力不夠快 機(jī)器人控制技術(shù)控制方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)傳統(tǒng) PID控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、各參數(shù)作用、意義明確，參數(shù)整定、技術(shù)成熟，在工作點(diǎn)附近控制器性能有保證不適用于快速、高精度的控制，是漸近跟蹤自適應(yīng)控制 根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，在線估計(jì)未知參數(shù)，根據(jù)估計(jì)值隨時(shí)修正控制策略需要精確的數(shù)學(xué)模型，主要適用于線性控制，對(duì)非線性較難變結(jié)構(gòu)（滑塊）控制模型可以不精確，可以估算不確定性的干擾作用，魯棒性較強(qiáng)控制器的頻繁切換使得跟蹤誤差在零點(diǎn)附近抖動(dòng)，不能收斂于 0魯棒控制 用一個(gè)結(jié)構(gòu)和參數(shù)都是固定不變的控制器，來(lái)保證即使不確定性對(duì)系統(tǒng)的性能品質(zhì)影響最惡劣的時(shí)候也能滿足設(shè)計(jì)要求，魯棒性較好無(wú)法完全適應(yīng)非線性，智能漸近跟蹤，設(shè)計(jì)過程繁瑣，性能與PID相當(dāng)智能控制 對(duì)模型不確定，環(huán)境交互作用位置情況可用，滿足社會(huì)發(fā)展需求機(jī)器人模型的建立178。 機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)178。 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型178。 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)178。 （ 1）位姿描述 剛體的位置可用它在某個(gè)坐標(biāo)系中的向量來(lái)描述。 剛體的方位也稱剛體的姿態(tài)。 稱為旋轉(zhuǎn)矩陣178。 （ 2）坐標(biāo)變換 坐標(biāo)變換包括平移變換和旋轉(zhuǎn)變換。：平移與旋轉(zhuǎn)的結(jié)合（ 3）齊次坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)定義 ：用四維向量表示三維空間一點(diǎn)的位置 P，即上式稱為齊次坐標(biāo)，其中 ω為非零常數(shù)。齊次變換 ：k表示旋轉(zhuǎn)軸線方向的單位矢量， q為轉(zhuǎn)角， ABT為齊次變換矩陣，Trans(ApBO)為平移變換矩陣， Rot(k,q)為旋轉(zhuǎn)變換矩陣。 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型n 最簡(jiǎn)單的機(jī)器人操作手運(yùn)動(dòng)學(xué)上的模型化方法是運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈概念的方法。n 運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)莿傮w（或桿件）的集合，通過運(yùn)動(dòng)副連接。n 兩種基本類型的關(guān)節(jié)是n 旋轉(zhuǎn)（或轉(zhuǎn)動(dòng)）副 ，記為 R。如下圖左。n 滑動(dòng)（或梭柱）副 ，記為 P。如下圖右。n 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型n 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是基于坐標(biāo)變換求得的。n DH坐標(biāo)變換法：n 嚴(yán)格定義了每個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，并對(duì)連桿和關(guān)節(jié)定義了 4個(gè)參數(shù)。n 用兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述一個(gè)連桿，即n 公共發(fā)現(xiàn)距離 di：沿 zi軸從坐標(biāo)軸 xi到 xi+1的距離，規(guī)定與 zi軸正向一直為正。n 所在平面內(nèi)兩軸的夾角 qi：繞 zi軸從坐標(biāo)軸 xi1到 xi的轉(zhuǎn)角，規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎?機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型n 另外兩個(gè)參數(shù)來(lái)表示相鄰連桿的關(guān)系，即n 兩連桿的相對(duì)位置 ai:沿 xi軸從坐標(biāo)軸 zi到 zi+1的距離，規(guī)定與 zi軸正向一直為正。n 兩連桿法線的夾角 αi:繞 xi+1軸從坐標(biāo)軸 zi到 zi+1的轉(zhuǎn)角，規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎?。n 缺點(diǎn)：n 很難正確地建立坐標(biāo)系。因?yàn)?DH方法是建立在按嚴(yán)格的規(guī)則建立正確地坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上的，特別是對(duì)多個(gè)移動(dòng)副，很難確定其各個(gè)參數(shù)。DH坐標(biāo)建立規(guī)則178。 A和 B兩坐標(biāo)的坐標(biāo)原點(diǎn)重合時(shí)，后一坐標(biāo)分別繞前一坐標(biāo)的x、 y、 z軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換矩陣為178。 當(dāng)后一坐標(biāo)與前一坐標(biāo)的原點(diǎn)不重合時(shí)需要先進(jìn)行平移變換機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立 對(duì)于具有 n個(gè)連桿的機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是要確定與末端坐標(biāo)系 {n}固聯(lián)的手爪相對(duì)于基
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