Лекция 6 Уравнения кинематики манипулятора
Рисунок 6.1. Система координат схватa
Однородная матрица , определяющая положение i-й системы координат относительно базовой системы координат, представляет собой произведение последовательности однородных матриц преобразования i-1Ai и имеет вид:
0Ti= 0Ai 1Ai …i-1Ai===для i=1, 2, …, n,
где - матрица, определяющая ориентацию i-й системы координат, связанной с i-м звеном, по отношению к базовой системе координат. Это верхняя левая подматрица , имеющая размерность 3×3.
рi- вектор, соединяющий начало базовой системы координат с началом i-й системы координат. Это верхняя правая подматрица матрицы , имеющая размерность 3×1. В частности, при i=6 мы получаем матрицу , которая задает положение и ориентацию схвата манипулятора относительно базовой системы координат. Эта матрица часто используется при описании кинематики манипулятора. Ее называют «матрицей манипулятора».
Положим, что матрица Т имеет следующий вид:
T====,
где n – вектор нормали к схвату. В случае плоскопараллельного движения пальцев этот вектор перпендикулярен пальцам манипулятора;
s – касательный вектор схвата. Он лежит в плоскости движения пальцев и указывает направление движения пальцев во время открытия или закрытия схвата;
a - вектор подхода схвата. Он направлен по нормали к ладони схвата, (т.е. перпендикулярно плоскости крепления инструмента в схвате);
p - вектор положения схвата. Этот вектор направлен из начала базовой системы координат к началу системы координат схвата, которое, как правило, расположено в точке, являющейся геометрическим центром полностью сжатых пальцев.
Если положение манипулятора в абсолютном пространстве определяется матрицей B, а в схвате манипулятора зафиксирован инструмент, положение которого в системе координат схвата определяется матрицей H, то положение рабочего узла инструмента относительно абсолютной системы координат дается произведением матриц В, 0Т0 и Н, т.е.:
. (6-1)
При этом H ≡ , B ≡ .
Решение прямой задачи кинематики для шестизвенного манипулятора является вычислением T=0A6 с помощью последовательного перемножения шести матриц i-1Ai. Решение этой задачи приводит к единственной матрице Т при заданных и фиксированных системах координат, где для вращательного сочленения и для поступательного сочленения. Ограничения определяются только физическими пределами изменения для каждого сочленения манипулятора.
Матрица T манипулятора Пума имеет вид:
T = 0A11A22A33A44A55A6=, (6-2)
где ;
; ; (6-3) ;
;
; (6-4)
;
;
; (6-5)
;
;
. (6-6)
Например, при имеем
T=,
что согласуется с выбором системы координат на рис. 5.4.
Из равенств (6-3) – (6-6) видно, что вычисление матрицы манипулятора Т требует обращения к программам вычисления 12 трансцендентных функций, выполнения 40 умножений и 20 сложений в том случае, если производится только вычисление правой подматрицы Т, имеющей размерность 3×3, а вектор n определяется как векторное произведение векторов s и a(n=s×a). Если объединить d6 с длиной рабочего инструмента, то d6=0, а длина инструмента увеличивается на d6 единиц. Это сокращает объем вычислений до 12 бращений и программ вычисления трансцендентных функций, 35 операций умножения и 16 операций сложения.
- Основы робототехники. Устройство роботов План лекции.
- Лекция 1 Введение
- Классификация роботов по назначению
- Лекция 2 Кинематика манипулятора
- Матрицы сложных поворотов
- Лекция 3 Матрица поворота вокруг произвольной оси
- Представление матриц поворота через углы Эйлера
- Лекция 4 Геометрический смысл матриц поворота
- Свойства матриц поворота
- Однородные координаты и матрицы преобразований
- Лекция 5 Звенья, сочленения и их параметры
- Представление Денавита – Хартенберга
- Алгоритм формирования систем координат звеньев
- Для манипулятора Пума
- Лекция 6 Уравнения кинематики манипулятора
- Классификация манипуляторов
- Обратная задача кинематики
- Метод обратных преобразований
- Лекция 7 Геометрический подход
- Определение различных конфигураций манипулятора
- Решение обратной задачи кинематики для первых трех сочленений
- Решение для первого сочленения
- Решение для второго сочленения
- Лекция 8 Решение для третьего сочленения
- Решение обратной задачи кинематики для последних трех сочленений
- Решение для четвертого сочленения
- Решение для пятого сочленения
- Решение для шестого сочленения
- Лекция 9 Уравнения вида конфигурации для определения индикаторов конфигурации манипулятора
- Машинное моделирование
- Динамика манипулятора
- Метод Лагранжа-Эйлера
- Скорость произвольной точки звена манипулятора
- Лекция 10 Кинематическая энергия манипулятора
- Потенциальная энергия манипулятора
- Уравнение движения манипулятора
- Уравнения движения манипулятора с вращательными сочленениями
- Пример: двухзвенный манипулятор
- Лекция 11 Уравнения Ньютона-Эйлера
- Вращающиеся системы координат
- Лекция 12 Подвижные системы координат
- Кинематика звеньев
- Лекция 13 Рекуррентные уравнения динамики манипулятора
- Лекция 14 Планирование траекторий манипулятора
- Сглаженные траектории в пространстве присоединенных переменных
- Расчет 4-3-4 - траектории
- Лекция 15 Граничные условия для 4-3-4-траекторий
- Лекция 16 Управление манипуляторами промышленного робота
- Метод вычисления управляющих моментов
- Передаточная функция одного сочленения робота
- Лекция 17 Устройство позиционирования для одного сочленения манипулятора
- Критерии работоспособности и устойчивости
- Лекция 18 Компенсация в системах с цифровым управлением
- Зависимость момента от напряжения
- Управление манипулятором с переменной структурой
- Адаптивное управление
- Адаптивное управление по заданной модели
- Адаптивное управление с авторегрессивной моделью
- Лекция 19 Адаптивное управление по возмущению
- Независимое адаптивное управление движением
- Лекция 20 очувствление Введение
- Датчики измерения в дальней зоне
- Триангуляция
- Метод подсветки
- Лекция 21 Измерение расстояния по времени прохождения сигнала
- Очувствление в ближней зоне
- Индуктивные датчики
- Датчики Холла
- Лекция 22 Емкостные датчики
- Ультразвуковые датчики
- Оптические датчики измерения в ближней зоне
- Лекция 23 Тактильные датчики
- Дискретные пороговые датчики
- Аналоговые датчики
- Силомоментное очувствление
- Элементы датчика схвата, встроенного в запястье
- Выделение сил и моментов
- Лекция 24 Системы технического зрения
- Получение изображения
- Лекция 25 Методы освещения
- Стереоизображение
- Системы технического зрения высокого уровня
- Сегментация
- Проведение контуров и определение границ