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機器人學筆記之——操作臂運動學:對連桿座標系的規定

0. 對連桿座標系的規定

為了描述每個連桿與相鄰連桿之間的相對位置關係,我們通常會在每個連桿上定義一個相對連桿固定的座標系,稱為固連座標系,根據固連座標系所在的連桿為其命名。因此固連在連桿i上的固連座標系稱為座標系{i}

0.0 連桿鏈中的中間連桿

在這裡插入圖片描述
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0.1 連桿鏈中的首尾連桿

固連在機器人基座的座標系,即固連在連桿0上的座標系{0},由於該座標系是始終固定不動的,所以我們通常將其作為參考座標系,可以在這個參考座標系裡描述所有其他的連桿座標系。
參考座標系{0}可以任意設定,只是為了方便起見,通常設定Z0軸沿關節軸1的方向,當關節變數1為0的時候,設定參考座標系{0}座標系{1}

重合。
按照這個規定總有a0 = 0α0 = 0。當關節1為轉動關節的時候,d1 = 0,當關節1為移動關節使,θ1 = 0
對於轉動關節n,設θn = 0,此時Xn-1軸與Xn軸的方向相同,選取座標系{N}的原點使dn = 0,對於移動關節n,設Xn軸方向使θn = 0,當dn = 0時,選取座標系{N}的原點位於Xn-1軸與關節軸n的交點位置。

0.2 在連桿座標系中對連桿引數的歸納

按照上述規定設定連桿座標系,則連桿引數可以有如下定義:
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0.3 建立連桿座標系的步驟

對於一個新機構,我們需要按照如下步驟正確地建立連桿座標系:

  • 找出各個關節軸,標出這些軸的延長線,方便後續使用
  • 找出關節軸i
    i+1之間的公垂線或者交點,以兩者的交點或者公垂線與關節軸i的交點作為連桿座標系的原點
  • 規定Zi軸沿關節軸的指向
  • 規定Xi軸沿公垂線的指向,如果關節軸ii+1相交,則規定Xi軸垂直於關節軸ii+1所在平面。
  • 按照右手定則確定Yi
  • 當第一個關節變數0時,規定座標系{0}和{1}重合。對於座標系{N},其原點和Xn的方向可以任意選取。但是在選取時,儘量使連桿引數為0。