六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析及優(yōu)化(編輯修改稿)
2025-07-13 21:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 美各國(guó)的機(jī)器人保有量雖然增長(zhǎng)趨勢(shì)較為緩慢但一直亦呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，近年來(lái)才慢慢開(kāi)始有了較大的增長(zhǎng)。德國(guó)是除日本和美國(guó)之外的第三大工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)國(guó)，其掌握著對(duì)智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用最核心也最為先進(jìn)的技術(shù)。最常見(jiàn)的機(jī)器人有六自由度以及四自由度機(jī)器人。按照ISO對(duì)其的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種有著較多功用的、能夠反復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)(Manipulator)，有著超過(guò)3個(gè)以上編程的軸，使用于工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中。為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，機(jī)器人最后一個(gè)軸的接口，往往為一個(gè)連接法蘭，能夠裝置不同的器械。對(duì)機(jī)器人的定義是:“一種自動(dòng)定位控制、能夠反復(fù)進(jìn)行編程的、多功用以及多自由度的機(jī)器。可以通過(guò)一定的設(shè)計(jì)去完成各種作業(yè)。”而目前六自由度機(jī)器人被廣泛地用于各行各業(yè)，且隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，日新月異下對(duì)六自由度機(jī)器人提出更多的新的需求和要求。因此，對(duì)六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究具有非常重要的意義。2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析相對(duì)于四自由度機(jī)器人，六自由度機(jī)器人具有六個(gè)自由度。六自由度機(jī)器人的機(jī)械臂具有底座，轉(zhuǎn)臺(tái)，大臂、肩部、小臂、手腕、末端執(zhí)行器七個(gè)部分。六自由度機(jī)器人的六個(gè)自由度為：轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、小臂回轉(zhuǎn)、手腕俯仰以及手腕回轉(zhuǎn)。機(jī)械臂的六個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是有一定的局限的， 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究主要包括兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)方面是正運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，另一個(gè)方面是逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題。正運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，我們把關(guān)節(jié)變量當(dāng)做是已知變量，通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來(lái)確定機(jī)器人機(jī)械臂的位姿。然后通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，計(jì)算求得每一關(guān)節(jié)變量的值。使用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)法找到運(yùn)動(dòng)方程的逆，該方程中沒(méi)有己知變量，所以不能使用將已知量代入正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解的方法。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)通過(guò)求得的運(yùn)動(dòng)方程的逆，進(jìn)一步求得我們要算的那個(gè)關(guān)節(jié)變量，這樣機(jī)器人才能處于我們想要得到的位姿。 實(shí)踐表明，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析更加重要，機(jī)器人內(nèi)部有控制器，控制器計(jì)算關(guān)節(jié)值時(shí)需要用到這些方程，并以此來(lái)運(yùn)行機(jī)器人，這樣機(jī)器人就能到達(dá)期望的位姿。六自由度機(jī)器人的位置逆解問(wèn)題是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)難題也是非常熱門(mén)的一個(gè)問(wèn)題。逆解方程中得到的輸出方程在理論研究方面意義重大。實(shí)際應(yīng)用方面，逆解方程也是機(jī)器人軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)分析的基本條件。 3 六自由度機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析若要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，就需要一個(gè)媒介來(lái)清楚地表示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。三維空間物體的運(yùn)動(dòng)軌跡怎樣才能直觀地表示出來(lái)呢，三維空間的點(diǎn)線面應(yīng)該用什么媒介才能表達(dá)清楚呢，答案是矩陣?？臻g坐標(biāo)系能夠使用這個(gè)坐標(biāo)系相對(duì)參考坐標(biāo)系的三個(gè)方向向量以及一個(gè)位置向量進(jìn)行表示。在空間坐標(biāo)系也就是所謂的笛卡爾坐標(biāo)系中，剛體的所處位置能夠使用三個(gè)方向向量以及一個(gè)位置向量的空間坐標(biāo)系來(lái)表示。：機(jī)器人的所有零部件都被視作剛體，不考慮其彈性形變。間隙等因數(shù)不在考慮范圍內(nèi)。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不屬于考慮因素。通過(guò)對(duì)六自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、以動(dòng)力學(xué)原理為指導(dǎo)理論，由此快速建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 矢量方法、慣性矩陣及矩陣方法等。 力學(xué)原理分為：動(dòng)量矩定理、能量守恒定理、牛頓－歐拉方程、達(dá)朗貝爾原理、拉格朗日方程、哈密爾頓
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