码垛机器人运动学概述

时间：2017-12-27 来源：机器人在线阅读：8346

码垛机器人运动学概述

在对码垛机器人进行运动控制时，虽然任务要求是反应在执行器末端的笛卡尔坐标上，但是编写程序往往是通过关节变量进行的，所以需要研究关节变量与笛卡尔坐标变量之间的映射关系，对该映射问题的研究即为运动学分析，其各个机构之间的运动关系能够通过数学方法清晰表示

运动学概述

码垛机器人运动学分析的主要内容包括位置、速度以及加速度的正反解问题，首先要研究其位置的正反解，位置正解是由各关节变量求得末端位置，反解是由末端位置求得所有可能的关节变量，并且以此为基础分析其运动过程的速度和加速度正反解。码垛机器人速度和加速度的分析涉及到了大量复杂的矩阵运算。分析码垛机器人的速度，需要建立机构的雅各比矩阵。雅各比矩阵定义为机器人末端在笛卡尔操作空间下的速度与关节空间下速度的线性变化，可把它视为关节空间向笛卡尔操作空间运动速度传动比。而分析机器人的加速度，需要建立机构的海塞矩阵。雅各比矩阵和海塞矩阵都被称为机构运动影响系数矩阵。机器人的工作空间是其重要性能指标，机器人的奇异性分析同样占有重要地位，它们对于研究机器人的运动特性具有重要意义

对于码垛机器人运动学位置正反解的建立，传统的D-H参数法过于复杂，计算量大，需要在码垛机器人的每个连杆上都固定一个参考坐标系，然后用4阶齐次变换矩阵来描述两连杆的空间关系。通过坐标系间的依次变换可最终导出末端执行器相对于基坐标系的位姿变换矩阵，从而建立机器人的运动学模型。针对码垛机器人特殊的机械结构，在此基础上利用几何关系，进行机器人主传动机构的运动分析，通过建立参考坐标系优化计算，利用坐标系之间的齐次变换，获得末端位置正反解，并利用其一阶、二阶导数得到其速度和加速度的正反解。利用雅各比矩阵进行机器人的奇异性分析。最后，在考虑机械约束的情况下得到其最大工作空间。