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利用D-H法建立码垛机器人连杆坐标系

时间：2017-12-05 来源：机器人在线阅读：27992

利用D-H法建立码垛机器人连杆坐标系

D-H矩阵组成

D-H矩阵包含有4个部分，分别是R-旋转变换矩阵，P-位置矩阵，O-透视矩阵，I-比例变换。其中，n, o, a矩阵分别代表的是相对坐标系x, y, z轴在参考坐标系中的方向余弦。P则代表相对坐标原点相对于参考坐标系位置矢量。O矩阵内部数值全部是0,1通常设置成1，若相对坐标系内矢量长度发生改变时，便不为1，具体数值代表长度变化前后比值。

连杆参数

(1)单连杆参数

在使用两临近关节轴线间相对位置来表示单连杆尺寸时，涉及到2个参数。

机器人逆运动学分析

逆运动学分析也就是前面提到的运动学表达式逆解，也叫间接位置求解。上述正运动学分析的作用是知道己知的关节变量，求出机器人末端相对与基坐标系的位置以及姿态;而逆运动主要是根据机器人空间运动的位置姿态，求出各个关节的变量，话句话说就是是决定要达成所需要的姿势所要设置的关节可活动对象的参数的过程。

求解你运动学的方法很多，例如黄晨华用几何方法求工业机器人运动学逆解问题;乔曙光在借鉴传统求解串联机器人逆运动学的基础上，将倍四元数理论引入到了机器人逆运动学分析中。本文使用的是代数反解法来求个关节变量，首先求出变量的表达式，然后分析每个变量可能存在的解。

机器人的雅可比矩阵

为了更好地描述工作空间同关节空间的对应关系，可采用雅克比矩阵来实现。雅克比除了能够描述工作同关节空间之间的速度对应关系，还能够描述两者间力传递过程，在计算设备关节静态扭矩及各个连接杆件间运行速度、加速度及静态力矩变换等过程中有着重要作用。它在机器人研究过程中广泛的被应用。文献中席文明等人在研究6自由度串联机器人的线速度与角速度相互映射关系时，用微分变换法建立雅可比矩阵，开发了一个6自由度的雅可比计算器;文献中主要是采用反螺旋理论对3-RSR三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究;文献主要是根据朱能机器人对视觉伺服的要求，建立了一种伺服系统，研究了最近在私服系统研究比较广泛的基于图像雅可比矩阵的方法，实验成功的实现了对二维平面上目标的视觉跟踪;文献采用移动平台的任意两点的速度关系为基础，对由支链构造的并联机器人的雅可比矩

阵进行了研究，推导出了这种机器人各机构的雅可比表达式。

在机器人学中，雅可比是一个把关节速度向量q变换为爪手相对与极坐标的广义速度向量v(包括3个线速度和3个角速度)的变换矩阵。对于n自由度机器人而言，可以用q表示关节变量，则q向量为:

运动空间分析以及仿真

码垛机v器人的运动空间是指机器人在作业时末端执行器能够到达的空间点的集合。为了加快工作速度，提高生产效率，通常情况下，设计出的码垛机器人的工作空间越大越好。对于本文所研究的四自由度码垛机器人而言，腰部以及腕部的旋转主要靠的是伺服电机结合减速机来实现的，水平方向和上下方向的运动是依赖于伺服电机带动同步带丝杆运动实现旋转。

第三章前面几节己经求出了运动学方程，即知道机器人末端执行器作业时不同位置的姿态，该设计每一个转动的关节都有移动的运动范围，根据关节运动范围以及各连杆的有效长度，再结合MATLAB编程实现机器人在作业时的运动空间。

根据前面章节所标注尺寸，码垛机器人绕z轴旋转的角度θi=[-11π/12,11π/12] ,对码垛机器人空间进行计算，得到如图3.4所示空间。图3._5为码垛机器人工作空间在XOY平面的投影，图3.6为码垛机器人工作空间在XOZ平面上的投影。