理论教育 机器人连杆坐标系约定优化

机器人连杆坐标系约定优化

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于由n+1个连杆组成的机器人,为了确定各连杆之间的相对运动关系,需要在每个连杆上建立一个与之固接的坐标系,其中基坐标系为{0},末端连杆坐标系为{n},中间连杆i的坐标系为{i-1}。对于中间连杆i-1,其坐标系{i-1}的建立方法为:确定zi-1轴。

机器人连杆坐标系约定优化

对于由n+1个连杆组成的机器人,为了确定各连杆之间的相对运动关系,需要在每个连杆上建立一个与之固接的坐标系,其中基坐标系为{0},末端连杆坐标系为{n},中间连杆i的坐标系为{i-1}。

1)基坐标系{0}和末端连杆坐标系{n}的约定

机器人基坐标系{0}的z0轴沿关节轴1的方向,关节变量θ1为零时,基坐标系{0}与连杆1坐标系{1}重合;当关节1是旋转关节时,d 0=0;当关节1是移动关节时,θ0=0。末端连杆坐标系{n}的zn轴沿关节轴线n-1的方向,当关节变量θn-1为零时,坐标系{n-1}与{n}重合;当关节n-1是旋转关节时,dn=0;当关节n-1是移动关节时,θn=0。

2)中间连杆坐标系{i-1}的约定(坐标系建立在连杆i-1的上关节)

坐标系{i-1}的zi-1轴与关节轴线i-1共线,指向可以自定;xi-1轴与zi-1和zi的公垂线重合,指向下关节轴线i;当zi-1和zi相交时,xi-1=±zi×zi-1;zi-1和zi的交点为坐标系{i-1}的原点;当zi-1和zi平行时,坐标系{i-1}的原点取在能使偏置距离为零的位置处。

连杆坐标系建立的原则是:先建立中间坐标系{i-1},后建立基坐标系{0}和末端连杆坐标系{n}。

对于中间连杆i-1,其坐标系{i-1}的建立方法为:(www.daowen.com)

(1)确定zi-1轴。找出连杆i-1的上关节轴线i-1,沿i-1取定一个方向作为zi-1

(2)确定坐标系原点Oi-1。如果两相邻轴线zi-1和zi不相交,则zi-1和zi的公垂线与轴线i-1的交点为坐标系{i-1}的原点;应注意,当zi-1和zi平行时,原点的选择应使偏置di=0;如果zi-1和zi相交,则交点取为原点;如果zi-1和zi重合,则原点的选取应使偏置di=0。

(3)确定xi-1轴。当连杆i上的两个关节轴线zi-1和zi不相交,则xi-1与这两个关节轴线的公垂线重合,方向为:从zi-1指向zi;若两轴线相交,则xi-1是两轴线zi-1和zi所构成平面的法线xi-1=±zi-1×zi;注意如果两轴线zi-1和zi重合,则xi-1轴与轴线zi-1(或zi)垂直,且应使其他连杆参数为零。

(4)确定yi-1。按右手定则,即向量叉积yi-1=zi-1×xi-1可以确定yi-1

(5)确定坐标系{0}和{n}。当第一个关节角θ1为零时,规定基坐标系{0}与连杆1坐标系{1}重合;对于末端链连杆n的坐标系{n},其zn轴沿关节轴n,方向可以自定;坐标系{n}的原点与xn的选择应尽可能使得坐标系{n}的连杆参数αn=0、an=0、dn=0。

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