文档介绍：安徽农业科学,..,:—. 责任编辑夏静责任校对李岩
机器人运动学的旋量表述
葛洪央,葛‘新锋】,许昌职业技术学院信息工程系,河南许昌】;.许昌学院电气信息工程学院
, 河南许昌
摘要应用李群知识和旋量理论描述了串联机器人的刚体运动,建立了机器人运动学关系的算法,并利用软件进行了算法
的实现;选取了具有代表性的串联机器人进行了运动学关系的分析,对算法和程序进行了验证;最后将运动学关系式的旋量指数积方法
与传统的—参数方法进行了比较分析,从运动学参数的几何描述以及运动学关系式对后期分析的影响个方面分别阐述了旋量指数
积描述方法的优势。
关键词串联机器人;运动学;旋量指数积;—参数
中图分类号. 文献标识码文章编号—一—‘
’
,,,
’
.
’,:
,.,.
’—。
.
山’.
.
;;:.
机器人运动学分析是研究机器人各连杆之间的位移关。
系、速度关系和加速度关系,所以机器人的运动学分析在机如果对应一个移动关节,那么是移动量;反之,
器人学中占有重要的地位。它直接关系到机器人运动分析、∈是绕轴线的转动角度。
离线编程、轨迹规划,也是机器人速度、加速度、受力分析、误
设∈为运动旋量轴线上的单位矢量, 为
差分析、工作空间分析、动力分析和机器人综合等的基
轴线上任意一点。
础。在对串联结构机器人进行运动学分析时,需要寻求
对于转动关节, 的运动旋量坐标表示形式为:
有效的分析方法来建立操作臂的运动学方程。等提
出了一种建立连杆坐标系的方法,并利用—坐标系建立了:
甜
机器人的运动学方程。其后国内外很多机器人研究领域
对于移动关节, 为移动方向的单位矢量,则的运动
的学者都是利用参数建立了不同机器人的运动学和动
旋量坐标形式为:
力学方程。
但是。参数法存在一定的缺陷。首先,.参数与机
器人的构型有关,对于不同结构的机器人,所建立的机器人
其中, 是指向移动方向的单位矢量。所有矢量和点都
运动学方程均不同;即使是同一结构类型的机器人,坐标系
是相对于基础坐标系描述的。
不同,所对应的—参数也不一样,得到的运动学方程也不
将各关节的运动加以组合,即得运动学正解映射:一
同。其次,对于参数法建立的机器人运动学,所有的运
阳如下:
动参数都是关于轴和轴的,无法表示关于轴的运动。
因此有必要利用另外一种方法建立运动学模型。笔者应用‘’⋯
李群知识和旋量理论给出了依据旋量指数积公式的运动学必须由基座开始顺序编号,但是给出的工具坐
模型,其核心是指数积公式。他将串联机器人的运动方程表标系的位形与转动和移动的实顷序无关。式称为机器
人运动学正解的指数积公式。
示成运动旋量的指数积,从而提供了机器人运动方程的完整
运动学关系的建立算法及实现
几何表示方法,大大地简化了机器人机构的分析,并提供了
基于旋量指数积方法的关节机器人的运动学方程的
串联机器人的机构参数化表示方法。
建立:
指数积公式
建立基坐标系和末端执行器固接的坐标系。
因各关节的运动由位于关节轴线的运动旋量产生,由此
可得运动学的几何描述。如果是一个运动旋量,那么与沿对于每个关节,构造一个运动旋量,对应于除第