第十三章 工业机器人机构学
第十三章工业机器人机构学
提要
介绍了工业机器人的组成原理、分类与工作性能特点。
研究了坐标变换与空间物体的位姿与位移的齐次坐标表达;研究了已知各个关节的相对运动时,如何确定工业机器人末端操作器的位姿；研究了已知目标对象的位姿时,如何确定工业机器人各个关节的相对运动量。
１3．1 概述
工业机器人是用来搬运材料、零件与工具,进行焊接与喷涂的可再编程的多功能机械手，通过调用不同的程序来完成预设的多种工作任务。
1３.2 工业机器人的组成
工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个系统是驱动系统、机构与结构系统、感觉系统、机器人与环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
１.机器人的机构与结构系统
工业机器人的机械部分由三部分组成,即机身、手臂和末端操作器。机身可以是固定的,也可以是移动的。手臂进一步划分为上臂和下臂,上臂与机身形成肩关节，上臂与下臂形成肘关节,下臂与末端操作器形成碗关节，如图1３.3所示。
2. 机器人手部的机构与结构系统
1) 具有一个相对自由度的末端操作器
2) 具有多个自由度的末端操作器
1３．3工业机器人的分类与性能
1）直角坐标型
直角坐标型操作机如图1３．6所示，它有三个移动关节(PPP),可使末端操作器作三个方向的独立位移。
该种型式的工业机器人，定位精度较高,空间轨迹规划与求解相对较容易，计算机控制相对较简单。它的不足是空间尺寸较大，运动的灵活性相对较差，运动的速度相对较低。
２)圆柱坐标型
圆柱坐标型操作机如图１３.７所示,它有两个移动关节和一个转动关节(PPＲ)，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r,θ)坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小,工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴愈远,其切向线位移的分辨精度就愈低。
3) 球坐标型
球坐标型操作机如图1３.８所示,它有两个转动关节和一个移动关节(RＲP),末端操作器的安装轴线之位姿由(θ,φ, r)坐标予以表示。该种型式的工业机器人,空间尺寸较小,工作范围较大。
4）关节型
关节型操作机如图１3.9所示,它有三个转动关节（ＲＲＲ),即机身上部相对于下部的转动θＹ0，肩关节的转动θZ1和肘关节的转动θZ２。
腕关节的转动θZ3属于末端操作器的自由度。该种结构的工业机器人,空间尺寸相对较小，工作范围相对较大，还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应用较多的一种机型。
１3．４工业机器人的运动学基础
工业机器人是由若干个关节所联系起来的一种开链，其一端固结在机座上，另一端安装有末端操作器。确定工业机器人末端操作器安装轴线的方位,确定末端操作器的位姿与位移，确定工业机器人的操作对象,即目标物体的位姿与位移,构成了工业机器人运动学基础应该研究的一部分工作。
13.４.1目标物体的空间转动矩阵
一个通过坐标原点的矢量V1绕通过坐标原点的单位矢量u转动φ角到达V２，要求确定V２的位姿。为了确定矢量V1绕通过坐标原点的单位矢量u转动φ角到达V２的位姿,将它作如下转动。
１)平面内单位矢量绕坐标轴的转动矩阵
2)空间内单位矢量绕坐标轴的转动矩阵
[例１3-1］图13．11为单臂操作机械手，手臂相对于机身拥有一个转动自由度，手腕相对于手臂拥有一个转动自由度。已知手腕上的坐标系ｏxyz相对于机身坐标系ＯXYZ的位姿矩阵SW为
机器人机构学作业答案
机器人机构学作业 1.Point out the differences between the open chain robot mechanism and the closed chain robot mechanism in structure characteristics, movement characteristics and forward/inverse kinematics. 答：1）开链机器人的机构特点：各杆循序构成单链相邻连杆间通过转动副或移动副连接的开链机器人。开链机器人的自由度数等于该机器人的关节数。 运动特点：机器人的关节空间Q有机器人的变量的所有可能值构成，这也是机器人的位型空间，这是因为给定了关节转角也就给定了机器人所有连 秩，则此位型为奇异位型，机器人的在这一位型的运动不确定。 运动学正解：运动学把所有的关节变量都看作是转角，当给定彝族关节转角θ∈Q，希望确定工具坐标系相对与基础坐标系的位型。运动学正解可 开链机器人的运动学正解映射可以通过将有各关节引起的刚体运动加以 这是相邻连杆的坐标系的相对表示的开链操作器运动学正解的一般公式。用各关节的运动由位于关节轴线 的运动旋量产生。将各关节加以组合， 此式称为机器人运动学正解的支书积公式。 移动的实际循序无关。 运动学逆解：给定工具坐标系所期望的位型，找出该位型的关节转角。
获得θ∈Q。该问题可能有多解、唯一解或无解。求解运动学逆解问题时，首先要将问题细分为几个子问题。每个子问题可能无解、有一个解或多个解，这与末端执行器的给定位置有关。如果该位型超出机器人的工作空间，那么肯定无解，且至少有一个子问题无解。当位型空间处于工作空间内，且有多组关节转角对应与末端执行器的同一个位置映射，此时出现多解。如果某个子问题有多解，那么整个求解过程应考虑每个解的情况。 2）闭链机器人的机构特点：它是一种在末端执行器与机器人基座之间有两个或多个分支运动链连接的机器人。相对于开链机器人而言，闭链机器人具有刚性大和便于布置驱动装置等优点。 运动特点：对于并联机构，如果在某一位型其机构方程降秩，则在该位型机器人是运动奇异的。在这种情况下，执行器就会失去在某个方向上瞬时运动的能力。这一点与串联机构奇异位型的描叙。然而在该位型，尚不能确定机构中那些关节是主动的，那些关节是被动的。如果并联机构的关节都是主动的，则仅存在所能发生的奇异性。如果并联机器人中仅有部分关节都是主动的，这样就会导致额外的奇异性，称之为驱动奇异性。 运动学正解：可以通过令每个分支运动链所确定的末端执行器的位置相等来描叙。假设机器人的第一个分支运动链（包括末端执行器）有n1个关节，第二个分支运动链（包括末端执行器）有n2个关节，则运动学正解可 机器人关节转角之间的约束，正是由于这些约束的存在，从而仅须确定关节变量的子集就能控制末端执行器的位置，而其余关节转角的变量的取值必须满足上式。由于关节变量受到上式的限制，并联机器人的关节空间就不是简单地象开链机构那样为各关节空间的笛卡儿积。相反，它是满足上式的子集 关节数和构件数做仔细分析。 运动学逆解：并联机器人的运动学逆解问题可以通过对联基座和末端执行器的各开链机构运动学逆解的处理来解决。
《机器人机构学》课
《机器人机构学》课程 一．教学内容 1． 机器人机构的组成，类型及特性参数。 2． 机器人机构研究的数学基础：齐次坐标，坐标变换，刚体运动的矩阵表示等。 3． 机器人机构运动学：末端执行器的描叙，D-H 变换矩阵，运动学正解，运动学逆解及其优化，微分运动，雅可比矩阵的建立等。 4． 机器人机构的工作空间分析。 5． 机器人机构轨迹规划：关节空间的轨迹规划和直角坐标空间的轨迹规划。 6． 机器人机构动力学：牛顿-欧拉方法，拉格朗日方程法。 二．参考书 1． 徐卫良，钱瑞明译。《机器人操作的数学导论》，机械工业出版社，1998 三．要求 1． 阅读上叙教学内容。 2． 在国内外刊物上查阅两篇与上叙内容相关的研究论文，精读后加以介绍。 3． 完成以下指定作业。 四．作业 1．简叙开链机器人机构与闭链机器人机构在机构特点，运动特点及运动正逆解方面的差异。 2． 若开链机器人的雅可比矩阵J 为方阵，其行列式∣J ∣=0的机构位姿。试分析奇异位姿的种类及对应的机构机构几何特性与运动特 性。 3． 3.运动参数关系及对应的机构位置设 T a a a a ] ,,[321=为三维矢量， ∧ a 是其对应的反对称矩阵，即 ∧ a = ???? ? 001 2 1323a a a a a a ----???? ? 。试证明 = ∧ ∧ ) +(I ) -(I 1 -αα??? ? ????? ? +--+---+-++---++2 3 2 22 1132211312 3 2 22 1321231312 322212 1) (2) (2)(21)(2)(2)(21113a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 5.空间绕两轴线旋转至给定距离：如图所示，已知是表示1ξ、2ξ交两轴位置的单位矢量，P 、q 为表示空间两点的单位矢量 P 、1q 、2q 为表示空间三个点的矢量。现将点P 先绕轴2ξ旋转，再绕轴1ξ旋转，使得P 点的最后位置q 至1q 的距离 为1ξ，至2q 点的距离为2ξ。试求1θ和2θ及有解的条件。 7． 对于图示4种三自由度开链机器人机构，若描叙K 点线速度与关节角速度关系的雅可比矩阵的行列式值为1，试分析此时的几何 运动参数关系及对应的机构位置。 五．解题 1． 解 1）开链机器人的机构特点：各杆循序构成单链相邻连杆间通过转动副或移动副连接的开链机器人。开链机器人的自由度数等 于该机器人的关节数 运动特点：机器人的关节空间Q 有机器人的变量的所有可能值构成，这也是机器人的位型空间，这是因为给定了关 节转角也就给定了机器人所有连杆的位置。对于转动副，关节变量用转角[)πθ2,0∈i 给出，对于移动副，用轴
机构学与机器人学报告
学生姓名、专业曹中臣火炮自动武器与弹药工程 资料整合、制作PPT 学生姓名、专业吕佼珂火炮自动武器与弹药工程 组织协调，搜集资料 学生姓名、专业程阳机械工程 搜集资料及整理 学生姓名、专业孙俊荣机械制造及自动化 PPT演讲 学生姓名、专业韩如锋火炮自动武器与弹药工程 研究问题，处理课堂提问，撰写报告
军用机器人 1. 国内外研究状况和应用情况 历史上，高新技术大多首先出现在战场上，军用机器人更不例外。早在第二次世界大战期间，德国人就研制并使用了扫雷及反坦克用的遥控爆破车，美国则研制出了遥控飞行器，这些都是最早的机器人武器。随着科学技术的飞速发展，军用机器人的研制也倍受重视。二战以后，现代军用机器人的研究首先从美国开始，1966年，美国海军使用机器人“科沃”，潜至750m深的海底，成功地打捞起一枚失落的氢弹。之后，美、前苏联等国又先后研制出“军用航天机器人”、“危险环境工作机器人”、“无人驾驶侦察机”等。 机器人的战场应用也取得突破性进展。1969年，美国在越南战争中，首次使用机器人驾驶的列车，为运输纵队排险除障，获得巨大成功。自此以后，世界各军事大国开始竞相“征召”这种不畏危险恶劣环境、可连续工作、不避枪林弹雨、不食人间烟火的“超级战士”服役。 据外刊透露，前苏联、美、日、英等国，都制订了发展军用机器人的宏伟计划，仅美国列入研制计划的各类军用机器人就达100多种，前苏联也有30多种，有的已获得可喜成果。上世纪90年代，在接连不断的局部战争的推动下，军用机器人的发展产生了质的飞跃。在海湾、波黑及科索沃战场上，无人机大显身手；在海洋，机器人帮助人们清除水雷、探索海底的秘密；在地面，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在宇宙空间，机器人成了考察火星的明星。 总之，随着新一代军用机器人自主化、智能化水平的提高并陆续走上战场，“机器人战争”时代已经不太遥远。美国《未来学家》杂志预测，到2020年，战场上的机器人数量将超过士兵的数量。一种高智能、多功能、反应快、灵活性好、效率高的机器人群体，将逐步接管某些军人的战斗岗位。机器人成建制、有组织地走上战斗第一线已不是什么神话，可以肯定，在未来军队的编制中，将会有“机器人部队”。尸横遍野、血流成河的战斗恐怖景象很可能随着机器人兵团的出现而成为历史。机器人大规模走上战争舞台，将带来军事科学的真正革命。
第二章 机器人运动学
第二章 机器人运动学 机器人，尤其是其中最为常用的关节型机器人，由若干个关节所联系起来的一种开链，其一端固结在机座上，另一端安装有末端执行器。已知所有关节变量确定机器人末端执行器的位姿或者由末端手的位姿计算出每一个关节变量值是机器人运动学研究的主要内容。 本章主要介绍机器人运动学，首先介绍了 1.1齐次坐标与齐次变换 在描述刚体（如零件、工具或机械手）间关系时，要用到点、向量、坐标系、平移、旋转以及变换等概念，这些概念可用齐次矩阵来表示。 1.1.1空间点的表示 在指定的直角坐标系{}A 中，空间任一点P （图2-1）的位置可用13?的列矢量P A 表 示： [ ] z y x A p p p P = （2.1） 其中x p ，y p ，z p 为点P 的三个坐标分量，P A 的上标A 代表参考坐标系{}A ，称P A 为位置矢量。 图2-1位置表示 1.1.2空间向量的表示 将一个n 维空间的点用1+n 维坐标表示，则该1+n 维坐标即为n 维坐标的齐次坐标，即： [ ] T z y x A p p p P 1= （2.2） 在上式中加入一个比例因子w ，点P 表示为： [ ] T z y x A w c b a P = （2.3） 其中，w p a x x =，w p b y y =，w p c z z =。式2.2和2.3表示同一个点P 。 起始于原点，终止于P 点的空间向量也可以采用齐次矩阵形式表示：
[ ] T z y x w c b a P = （2.4） 若比例因子w 变化，向量的大小也会发生变化，w 大于1，向量所有的分量都变大，如果w 小于1，向量所有的分量都变小，w 等于1，各分量的大小保持不变。w 等于0表示该向量的方向，称为方向向量。如图2-2中，i 、j 、k 分别表示直角坐标系中X 、Y 、Z 坐标轴的单位矢量，用齐次坐标表示为： []T X 0001= []T Y 0010=[]T Z 0100= （2.5） 图2-2中所示的矢量u 的方向表示为： []T u 0cos cos cos γ β α= （2.6） 其中α、β、γ分别为矢量u 与坐标轴的夹角。 1.1.3刚体位姿的表示 为了研究机器人的运动，往往不仅要表示空间某个点的位置，而且需要表示刚体的姿态。指定一个坐标系与此刚体固接，再将此坐标系在空间表示出来，该坐标系称为动坐标系。如 图2-3所示，O '为刚体上任一点，Z Y X O ''' '为固接在刚体上的一个动坐标系，动坐标系的原点与固定坐标系原点之间做一个向量P 来表示动坐标系的位置，即为式2.2。动坐标系的姿态可由其坐标轴方向来表示，令n 、o 、a 分别为X '、Y '、Z '坐标轴的单位向量，每个向量都由其所在固定坐标系中的三个分量表示： [] [][ ] ?? ? ??===T z y x T z y x T z y x a a a a o o o o n n n n 000 （2.7） 动坐标系的位姿可以由三个表示方向的单位向量以及第四个位置向量来表示，式中前三个向量是0=w 的方向向量，表示该坐标系的三个单位向量n 、o 和a 的方向，而第四个 1=w 的向量表示动坐标系的原点相对于固定坐标系的位置。与单位向量不同，向量P 的长 度十分重要，因而比例因子为1。 []????? ???????==10 00 z z z z y y y y x x x x p a o n p a o n p a o n p a o n F （2.8） 由于动坐标系一直固接在该刚体上，只要动坐标系在空间表示出来，刚体相对于固定坐
第十三章 工业机器人机构学
第十三章工业机器人机构学 提要 介绍了工业机器人的组成原理、分类与工作性能特点。 研究了坐标变换与空间物体的位姿与位移的齐次坐标表达;研究了已知各个关节的相对运动时,如何确定工业机器人末端操作器的位姿；研究了已知目标对象的位姿时,如何确定工业机器人各个关节的相对运动量。 １3．1 概述 工业机器人是用来搬运材料、零件与工具,进行焊接与喷涂的可再编程的多功能机械手，通过调用不同的程序来完成预设的多种工作任务。
1３.2 工业机器人的组成 工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个系统是驱动系统、机构与结构系统、感觉系统、机器人与环境交互系统、人机交互系统和控制系统。 １.机器人的机构与结构系统 工业机器人的机械部分由三部分组成,即机身、手臂和末端操作器。机身可以是固定的,也可以是移动的。手臂进一步划分为上臂和下臂,上臂与机身形成肩关节，上臂与下臂形成肘关节,下臂与末端操作器形成碗关节，如图1３.3所示。
2. 机器人手部的机构与结构系统 1) 具有一个相对自由度的末端操作器 2) 具有多个自由度的末端操作器
1３．3工业机器人的分类与性能 1）直角坐标型 直角坐标型操作机如图1３．6所示，它有三个移动关节(PPP),可使末端操作器作三个方向的独立位移。 该种型式的工业机器人，定位精度较高,空间轨迹规划与求解相对较容易，计算机控制相对较简单。它的不足是空间尺寸较大，运动的灵活性相对较差，运动的速度相对较低。
２)圆柱坐标型 圆柱坐标型操作机如图１３.７所示,它有两个移动关节和一个转动关节(PPＲ)，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r,θ)坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小,工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴愈远,其切向线位移的分辨精度就愈低。 3) 球坐标型 球坐标型操作机如图1３.８所示,它有两个转动关节和一个移动关节(RＲP),末端操作器的安装轴线之位姿由(θ,φ, r)坐标予以表示。该种型式的工业机器人,空间尺寸较小,工作范围较大。
南京理工大学2016《机构学与机器人学》考试安排
南京理工大学2016《机构学与机器人学》考试安排 考试时间：2016年7月1日星期五下午：14：30—16：30 考试地点：第三教学楼 教室安排：见下表 序号学号姓名教室1115101000002周怡帆Ⅲ-102 2115101000004张鹤词Ⅲ-102 3115101000005卓兴成Ⅲ-102 4115101000006徐志伟Ⅲ-102 5115101000009曹月明Ⅲ-102 6115101000010慎庸熙Ⅲ-102 7115101000011曹石Ⅲ-102 8115101000014周连成Ⅲ-102 9115101000016邵城Ⅲ-102 10115101000017强旭辉Ⅲ-102 11115101000018程超Ⅲ-102 12115101000019张亚辉Ⅲ-102 13115101000020盛玉龙Ⅲ-102 14115101000027陆金虎Ⅲ-102 15115101000031张雅Ⅲ-102 16115101000032周光东Ⅲ-102 17115101000033卞正军Ⅲ-102 18115101000034尚宇晴Ⅲ-102
19115101000035韩飞Ⅲ-102 20115101000038赵森森Ⅲ-102 21115101000039李明川Ⅲ-102 22115101000041李猛Ⅲ-102 23115101000042孟鹏Ⅲ-102 24115101000048管理Ⅲ-102 25115101000053王心怡Ⅲ-102 26115101000055余乃文Ⅲ-102 27115101000057马文瑞Ⅲ-102 28115101000058徐洋洋Ⅲ-102 29115101000062韩戴如Ⅲ-102 30115101000063王振Ⅲ-102 31115101000064曹康Ⅲ-102 32115101000066王陶蓉Ⅲ-102 33115101000068赵宇豪Ⅲ-102 34115101000071卢彬Ⅲ-102 35115101000072王志荣Ⅲ-102 36115101000073王江华Ⅲ-102 37115101000074包俊Ⅲ-102 38115101000076雷超Ⅲ-102 39115101000077董伟Ⅲ-102 40115101000078李斌丰Ⅲ-102 41115101000079朱朔Ⅲ-102 42115101000081汪远远Ⅲ-102 43115101000083杜烨Ⅲ-102
机器人机构学
机器人机构学 姓名：张杨 学号：20503067 专业：机械设计及理论
机器人机构学 千百年来, 人类不断地发明了各种机构(机械) , 机构早已同人类生活息息相关。随着机器人、宇航工程、海洋工程等高新技术领域的开发, 以及工业自动化、交通、邮电、医疗等事业的发展, 研制能够满足高精度、重负载、高效率要求的新机构已迫在眉睫。。 机构的发展大致经历了从一杆到多杆、从平面到空间、从串联到并联的过程。1965 年, 英国高级工程师Stewart 发表了《一个具有六个自由度的平台》的文章, 在工程界引起轰动, 人们很快注意到了这种机构具备很多优点, 如输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制、部件简单等等。时到今日, 很多人把这种机构称为Stewart 机构。如图1 所示, Stewart 机构是最典型的并联机器人机构, 简称并联机构, 又称多环路机构。 1 并联机构 并联机构由最初的Stewart 平 台不断发展, 到今天已形成了一个 庞大的体系。近年来, 随着应用的 深入和研究手段的加强, 并联机构 的分析研究已经成为机构学者的热 门课题。各国机构学者争相在各类 刊物上发表文章。他们的研究从低 级机构到高级机构, 不断深入研 究。 并联机器人是一个知识密集型的机构"并联机器人机构学问题属于空间多自由度多环机构学理论,是随着对并联机器人的研究而发展起来的"所以研究并联机器人机构学理论对掌握研制和控制并联机器人有着特殊重要的意义"此外并联机器人机构学还覆盖了多足步行机多关节多指手爪和多机器人协调,它们也都属于同一的机构学范畴。 1 机器人机构的优化综合 运动精度是衡量工业机器人的主要性能指标之一,一般包括绝对精度和重复
某学校机器人实验室筹建与发展方案
***市实验高中 机 器 人 实 验 室 筹 建 与 发 展 方 案 2015年3月
目录 一、意义 (2) 二、指导思想 (3) 三、目标规划 (3) 四、初期重点工作 (4) (一)组织机构建设 (4) (二)组织教师培训 (5) (三)加强队组活动，开展相关活动 (5) (四)校本机器人教材开发 (6) (五)监测评价 (6) 五、保障措施 (6) 附件1： (8) 附件2： (13) 附件3： (16) 一、意义 中小学机器人教育与实践活动，是落实新课标要求，开展素质教育的一项崭新的内容。教育部从二○○三年起，把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动，同时普通高中新课程已将人工智能技术及简易机器人制作列入选修内容。目前，发达国家已把机器人教学实践活动作为中小学信息技术的必修课。在我国
的上海、广东等发达地区，已开展了中小学机器人教育教学的试点工作，并取得了一定的实践经验。鉴于此,我校也应当开展中小学机器人教育教学工作。为此，我们仍有很多大量的工作要做。 二、指导思想 丰富中小学学生生活；激发创新精神；培养实践能力，大力推进学生素质教育。 三、目标规划 1、总体建设目标 通过开展机器人搭建、编程、创意等实践活动，开发学生的创新思维，培养和提高学生的动手实践能力；探索中小学机器人课程建设的规律和方法；加快我校中小学校机器人实验室建设；提高我校中小学机器人硬件开发水平和软件研发能力。 提高学校信息化教育水平，普及机器人基础知识，培养学生的信息素养、创新精神及实践能力，培养机器人后备人才，为实施“科教兴国、人才强国”战略奠定扎实基础。利用一至三年时间，建设健全的我校机器人实验室。 2、具体实施目标 （1）筹措资金，利用3-4个月的时间，分步骤有计划地建设符合学校发展实际的多功能机器人技术实验室（建设方案详见附件1）。
机器人研究著名机构
机器人研究著名机构 1卡内基·梅隆大学 卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University简称CMU）坐落在宾夕法尼亚州的匹兹堡(Pittsburgh)，是一所享誉世界的私立顶级研究型大学，该校拥有全美顶级计算机学院和戏剧学院，该校的艺术学院，商学院，工学院以及公共管理学院也都在全美名列前茅。该校由工业家兼慈善家安德鲁·卡内基于1900年创建，当时名为卡内基技术学校，建立之初的教育目标是“为匹兹堡的工人阶级子女提供良好的职业培训”。1912年改名为卡内基技术学院，开始向以研究为主的美国重点大学转变。2012年在国内与中山大学合作建立中山大学—卡内基梅隆大学联合工程学院（SYSU- CMU Joint Institute of Engineering，简称JIE）。实现强强联合和优势互补，为国内外学生提供世界一流的工程教育。 卡内基梅隆大学还是NASA航空航天科研任务的主要承制单位之一,该校的机器人研究所从事过自动驶车、月球探测步行机器人,单轮陀螺式滚动探测机器人的研究。 2加州大学伯克利分校 加利福尼亚大学伯克利分校(University of California-Berkeley,简称UCB)是一所美国公立研究型大学，也是世界上最负盛名且是最顶尖的公立大学。位于旧金山东湾伯克利市的山丘上。1873年迁至圣弗朗西斯科（旧金山）附近的伯克利市。伯克利加大是加利福尼亚大学中最老的一所。它也是美国大学协会（Association of American Universities）创始会员之一。其吉祥物蜕变自加
州徽号，故其学生亦常自称“金色小熊”。加州大学伯克利分校与斯坦福大学、麻省理工学院等一同被誉为美国工程科技界的学术领袖，其常年位居泰晤士报全球大学排行前十名。 该校的机器人和智能机器实验室，致力于用机器人复制动物的行为。该校的自动化科学和工程实验室从事更广泛的机器人功能的研究，如机器人辅助外科手术和自动化制造。还有计算机可视化小组，学生可以学到如何帮助机器人能“看的见”。 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室机器人技术与系统国家重点实验室成立于2007年，是我国最早开展机器人技术研究的单位之一，其前身主体是1986年成立的哈尔滨工业大学机器人研究所。早在上个世纪80年代，即研制出我国第一台弧焊机器人和第一台点焊机器人。目前重点实验室设有国家“863计划”智能机器人机构网点开放实验室、国家“863计划”成果产业化基地、黑龙江省机器人技术重点实验室、黑龙江省机器人技术工程中心、中德空间机器人技术联合实验室、宇航空间机构及控制技术国防科工委重点学科实验室等机构。 研究方向 1先进机器人构型的创新及优化设计 机器人机构型综合的原理与数学描述理论与方法； 机器人机构多尺度效应和跨尺度运动的设计理论； 极端环境(真空、高低温、粒子辐射、微重力、高压强等环境)下机器人机构的设计理论、失效理论以及可靠性分析和全生命周期设计；
第二章 2.3工业机器人运动学(二)
第二章机器人基础知识 2.3工业机器人运动学(二) 【内容提要】 本课主要学习工业机器人技术的运动学基础知识，涉及连杆参数及连杆坐标系的建立、连杆坐标系之间的变换矩阵、机器人运动学一般方程，并介绍了正逆向运动学以及实例。 知识要点： ?连杆坐标系 ?连杆坐标系之间的变换矩阵 ?机器人运动学一般方程 重点： ?掌握连杆坐标系之间的变换矩阵 ?掌握机器人运动学一般方程的建立 ?掌握机器人正逆向运动学的实例 难点： ?机器人运动学一般方程的建立 关键字： ?连杆参数、变换矩阵、运动学一般方程、
【本课内容相关资料】 2.3.4 工业机器人的连杆参数和齐次变换矩阵 1. 连杆参数及连杆坐标系的建立 工业机器人相邻连杆之间的关系，与连杆自身的特征和连杆之间的连接方式有关。因此，我们首先应该清楚如何对连杆的特征和连接方式进行描述。 1）连杆特征的描述 如图2.35所示，连杆i 两端有关节i 和i +1。该连杆的特征可以用两个参数来描述：一个是两个关节轴线沿公垂线的距离l i ，称为连杆长度；另一个是在垂直于公垂线的平面内两个轴线的夹角αi ，称为连杆扭角。这两个参数为表述连杆特征的尺寸参数。连杆长度l i 恒为非负数，但连杆扭角αi 可正、可负。αi 的正负是这样规定的：公垂线的正向规定为从 关节i 指向关节i +1，按右手法则从轴线i 绕公垂线转至轴线i +1，逆时针为正，瞬时针为负。两轴线平行时，αi ＝0；两轴线相交时，l i ＝0，此时扭角αi 为两轴线的夹角，正负与X i 轴选向有关。 2）连杆连接方式的描述 如图2.36所示，连杆i 与连杆i -1通过关节i 相连，因此，关节i 的轴线有两条公垂线与它垂直。两条公垂线的相对位置可用两个参数d i 和θi 来确定，其中d i 是沿关节i 轴线测量的两个公垂线与i 轴线交点的距离，当关节轴线相交时，d i 为i 轴线上两交点的距离；θi 是在关节i 轴线的垂直平面内两个公垂线的夹角，当公垂线不存在时，对旋转关节θi 仍然存在。d i 和θi 是表达相邻连杆连接关系的参数。d i 和θi 都可正、可负(详见表2.8)。 这样，相邻两个连杆之间的关系可以由四个参数所描述：其中两个参数（l i 和αi ）描述连杆i 的尺寸；另外两个参数（d i 和θi ）描述连杆i 和连杆i -1之间的连接关系。对于旋转关节，θi 是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，d i 是关节变量，其它三个参数固定不变。(对照图2.36解释，一个关节即为一个自由度) 3）连杆坐标系的建立 D-H 法要求按下面规则建立连杆i 的坐标系{i }（简称i 系）： 1）坐标系{i }与连杆i 固连。Z i 轴与关节i +1的轴线重合，指向任意； 2） X i 轴与连杆i 的两个关节轴线的公垂线重合，方向从关节i 指向关节i +1。当l i 连杆i 关节+1 αi l i 图2.35 连杆尺寸参数l i 及αi