工业机器人运动学

工业机器人运动学基础篇：运动学构型本文重点介绍工业机器人常用运动学构形，以下是工业机器人的几种常用结构形式（图），图文描述非常详细，希望能对大家带来帮助！！1、笛卡尔机械臂优点：很容易通过计算机控制实现，容易达到高精度。

缺陷：妨碍工作,且占地面积大,运动速度低,密封性欠缺。

①焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。

②适用于多种类，批量的柔性化作业，提高产品质量，提高劳动生产效率，改进劳动条件和产品的快速更新换代有着显著作用。

2、铰链型机械臂（关节型）关节机器人的关节全都是旋转的,相似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。

它的工作范围较为复杂。

①汽车零配件、模具、钣金件、塑料产品、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。

②车身装配拆卸、通用机械装配拆卸等制造质量控制等的三坐标测量及误差检测。

③古董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像成品等的制作。

④汽车整车现场测量和检测等。

3、SCARA机械臂SCARA机器人常用于装配拆卸等作业,最显著的特点是它们在x-y平面上的活动具有较大的柔性,而沿z轴具有很强的刚性,因而,它具有选择性的柔性。

这种机器人在装配作业中取得了较好的使用。

①大量用于装配印刷电路板和电子零部件②搬动和取放物件，如集成电路板等③普通使用于塑料行业、汽车行业、电子产品行业、药品行业和食品工业等领域.④搬取零件和装配工作。

4、球面坐标型机械臂特点：围绕着中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封,延伸工作空间较大。

但该坐标复杂,难于控制,且直线驱动装置存在密封的缺陷。

5、圆柱面坐标型机械臂优点：且计算简单;直线部分可使用液压驱动,可输出较大的动力;能够伸入型腔式机器内部。

缺陷：它的手臂能够延伸的空间遭到限制,不能到达近立柱或近地面的空间;直线驱动部分难以密封、防尘;后臂工作时,手臂后端会碰到运动范围内别的物体。

第3章工业机器人运动学和动力学机器人操作臂可看成一个开式运动链，它是由一系列连杆通过转动或移动关节串联而成。

开链的一端固定在基座上，另一端是自由的，安装着工具，用以操作物体，完成各种作业。

关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达所需的位姿。

在轨迹规划时，最感兴趣的是末端执行器相对于固定参考系的空间描述。

为了研究机器人各连杆之间的位移关系，可在每个连杆上固接一个坐标系，然后描述这些坐标系之间的关系。

Denavit和Hartenberg提出一种通用方法，用一个4*4的齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系，从而推导出“手爪坐标系”相对于“参考系”的等价齐次变换矩阵，建立出操作臂的运动方程。

称之为D-H矩阵法。

3.1 工业机器人的运动学教学时数：4学时教学目标：理解工业机器人的位姿描述和齐次变换；掌握齐次坐标和齐次变换矩阵的运算；理解连杆参数、连杆变换和运动学方程的求解；教学重点：掌握齐次变换及运动学方程的求解教学难点：齐次变换及运算教学方法：讲授教学步骤：齐次变换有较直观的几何意义，而且可描述各杆件之间的关系，所以常用于解决运动学问题。

已知关节运动学参数，求出末端执行器运动学参数是工业机器人正向运动学问题的求解；反之，是工业机器人逆向运动学问题的求解。

3.1.1 工业机器人位姿描述1.点的位置描述在选定的指教坐标系{A}中，空间任一点P的位置可用3*1的位置矢量表示，其左上标代表选定的参考坐标系。

2.点的齐次坐标如果用四个数组成4*1列阵表示三维空间直角坐标系{A}中点P，则该列阵称为三维空间点P的齐次坐标，如下：必须注意，齐次坐标的表示不是惟一的。

我们将其各元素同乘一个非零因子后，仍然代表同一点P，即其中：，，。

该列阵也表示P点，齐次坐标的表示不是惟一的。

3.坐标轴方向的描述用i、j、k分别表示直角坐标系中X、Y、Z坐标轴的单位向量，用齐次坐标来描述X、Y、Z轴的方向，则有，，从上可知，我们规定：4*1列阵中第四个元素为零，且，则表示某轴（某矢量）的方向。

智能制造中的工业机器人运动学分析近年来，随着智能制造技术的不断发展，工业机器人在制造业中的应用越来越广泛。

在这个领域中，工业机器人的运动学分析是非常重要的。

工业机器人的运动学分析旨在研究机器人运动姿态、轨迹规划、动力学特性等方面的问题，对于提高机器人的运动性能和精度具有重要的意义。

一、工业机器人的基本构造工业机器人通常由机械臂、控制系统和感知系统三个部分组成。

其基本构造如下图所示：其中，机械臂是机器人的主体，其由基座、臂涵和末端执行器三部分构成。

控制系统一般由电脑、控制器和驱动器组成，用于控制机器人的运动。

感知系统包括视觉、触觉、力觉和环境感知四个方面，用于收集机器人所需要的信息。

二、工业机器人的运动学问题工业机器人的运动学问题主要包括运动参数的描述、运动规划和动力学特性的分析等方面。

这些问题的解决对于提高机器人的运动精度和效率具有十分重要的意义。

1. 运动参数描述工业机器人的运动参数描述涉及到位置、速度和加速度三个方面。

其中，位置可以用笛卡尔坐标系或关节角度坐标系来描述；速度和加速度的描述则采用导数的形式，即速度为位置的一阶导数，加速度为速度的一阶导数。

2. 运动规划运动规划是指在满足一定要求条件下，为机器人设定合理的轨迹和姿态。

这个过程需要根据任务要求来设计合理的运动路径和初始状态，同时还需要考虑机器人的速度、加速度、惯性等运动参数。

3. 动力学特性分析动力学特性分析是指研究机器人的轨迹、速度和姿态等与机器人动力学相关的问题。

这些特性与机器人的质量、惯性、运动参数以及力和力矩的作用有关。

为了保证机器人的运动稳定性和精度，需要对这些特性进行分析和优化。

三、工业机器人的运动学分析方法工业机器人的运动学分析方法主要有两类：解析方法和数值方法。

1. 解析方法解析方法是利用机械学公式和解析式，对机器人的运动学问题进行分析，通过解析求解方式，得到机器人运动参数的精确解。

这种方法具有精度高、计算速度快等优点，但其求解难度较大，且只适用于特定问题的解决。

第二章机器人基础知识2.3工业机器人运动学(一)【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，涉及机器人正逆运动学的概念、平面二连杆机器人的运动学、以及机器人一般运动学的数学基础（位姿描述、齐次变换及运算）。

知识要点：✓机器人正逆运动学概念✓平面二连杆机器人的正逆运动学✓机器人的位姿描述✓齐次变换及运算重点：✓掌握机器人正逆运动学概念✓掌握平面二连杆机器人的正逆运动学✓理解机器人的位姿描述和齐次变换✓掌握齐次变换及运算难点：✓机器人的位姿描述、齐次变换及运算关键字：✓机器人正逆运动学、平面二连杆机器人、位姿描述、齐次变换及运算【本课内容相关资料】2.3机器人运动学从机构学的角度看，机器人可以看成开式运动链结构，由一系列连杆通转动或移动关节串联而成。

机器人运动学研究的是机器人各关节运动的几何关系，具体而言是各连杆之间的位移关系、速度关系和加速度关系。

本节仅研究位移关系，重点是研究手部相对于机座的位姿与各连杆之间的相互关系。

“位姿”是“位置和姿态”的简称。

工业机器人手部相对于机座的位姿与工业机器人各连杆之间的相互关系直接相关。

为了便于数学上的分析，一般将连杆和关节按空间顺序进行编号。

同时，选定一个与机座固联的坐标系，称为固定坐标系，并为每一个连杆（包括手部）选定一个与之固联的坐标系，称为连杆坐标系。

一般把机座也视为一个连杆，即零号连杆。

这样，连杆之间的相互关系可以用连杆坐标系之间的相互关系来描述。

工业机器人手部相对机座的位姿就是固联在手部的坐标系相对固定坐标系的位姿。

这样，就可以将“手部相对于机座的位姿”这样一个物理问题转化为一个数学问题，即，得到了工业机器人的运动学数学模型，便于用计算机进行分析计算。

工业机器人运动学主要包括正向运动学和反向运动学两类问题。

正向运动学是在已知各个关节变量的前提下，解决如何建立工业机器人运动学方程，以及如何求解手部相对固定坐标系位姿的问题。

反向运动学则是在已知手部要到达目标位姿的前提下，解决如何求出关节变量的问题。

工业机器人运动学与动力学研究随着科技的不断进步，机器人已经不再是科幻电影中的特效，而是成为现实生活中不可或缺的一部分。

机器人技术在各个领域的应用也越来越广泛，其中最重要的之一便是工业机器人。

工业机器人的出现，不仅可以减少人力成本，提高生产效率，同时也能增加生产安全性。

但是，工业机器人的研究要涉及到运动学和动力学两个方面。

一、工业机器人运动学工业机器人的运动学研究主要是研究它的运动轨迹、运动状态和运动控制等方面。

工业机器人的运动学研究主要涉及以下三个方面：1. 运动规划运动规划是工业机器人控制系统设计和开发中重要的一步，其目的是规划机器人端执行器的运动控制路径。

运动规划分为离线规划和在线规划两种类型，离线规划是事先规划好机器人要执行的动作，然后将规划好的路线保存在计算机中，机器人执行时直接调用保存的路线；而在线规划则是在机器人运动过程中不断地对路线进行优化和改进，以达到更加精准的控制。

2. 运动学分析机器人的运动学分析主要研究的是机器人的动作轨迹和基于轨迹控制。

通过动作模型的建立和动作轨迹的分析，可以更好地实现机器人的运动控制，提高运动精度和稳定性。

3. 运动仿真运动仿真是利用计算机对机器人运动学特性进行模拟和分析的过程。

通过建立合理的仿真模型和仿真环境，可以更加有效地进行机器人运动的规划和控制设计，提高生产效率和效益。

二、工业机器人动力学另外一个重要的机器人研究方向则是动力学，也就是研究机器人的力学与动力学性质，以便更好地掌握机器人的运动规律和性能。

工业机器人动力学研究的过程主要包含以下三个方面：1. 机器人控制机器人控制是通过对机器人运动规律的研究和掌握，确定机器人运动状态的过程。

机器人控制的目的就是控制机器人输出的力或扭矩等物理变量，以达到精准控制机器人运动的目的。

2. 动力学分析机器人的动力学分析是研究机器人手臂运动过程中力和运动状态之间关系的过程。

通过建立机器人动力学模型，可以更准确地预测运动状态和力学响应，并对机器人进行优化设计和仿真计算。

工业机器人运动学与轨迹规划研究一、引言工业机器人是工业自动化中不可或缺的重要组成部分，应用广泛。

机器人的运动学和轨迹规划是机器人控制的重要基础，也是机器人操作的核心问题，因此对工业机器人运动学和轨迹规划的研究具有重要意义。

本文将从机器人运动学和轨迹规划两个方面进行研究。

二、工业机器人运动学机器人运动学是研究机器人的运动学特性及其控制规律的学问，它为机器人控制提供了数学模型。

机器人运动学主要关注机器人各关节的角度、位置、速度、加速度和姿态等参数，并且描述机器人执行任意姿态和位置运动的运动学关系。

根据机器人的型式，运动学包括点运动学和空间运动学两种。

1. 点运动学点运动学是机器人运动学的基础，主要关注机器人各关节的位置坐标以及它们之间的角度关系。

机器人的各关节可以按照一定的方式运动，以达到机器人整体执行特定运动任务的目的。

点运动学可以通过正解和逆解计算出来，它们分别是确定机器人执行某一给定姿态和位置时各关节的位置坐标和角度，以及确定机器人所在位置和姿态时各关节的角度。

2. 空间运动学空间运动学研究机器人在三维空间中的位置和姿态变化，主要关注的是机器人在空间中的轨迹变化、姿态变化以及各关节的角度和位置变化。

空间运动学是机器人控制中最重要的组成部分，它为机器人执行三维运动的任务提供了数学模型和方法。

三、工业机器人轨迹规划工业机器人轨迹规划是指确定机器人的运动轨迹的过程，规划的轨迹应该满足机器人所执行的特定任务的要求。

轨迹规划方法主要分为直线轨迹规划和圆弧轨迹规划两种。

1. 直线轨迹规划直线轨迹规划是一种简单而常用的方法，它的实现原理是当机器人工作范围内的轨迹要求可以用直线来表示时，就采用直线轨迹规划方法来实现机器人的运动控制。

直线轨迹规划方法的主要优点是实现简单，成本低廉。

2. 圆弧轨迹规划圆弧轨迹规划是一种较为复杂的方法，它需要通过数学模型计算机器人的轨迹。

该方法的核心是将机器人的运动过程抽象为圆弧运动，从而实现机器人的精确定位和控制。

工业机器人力学分析引言工业机器人作为现代制造业中的重要工具，广泛应用于各个领域。

然而，要想实现机器人的精确控制和高效运作，就需要对其力学特性进行深入分析。

本文将从工业机器人运动学、动力学和力控制等方面展开讨论，以期对工业机器人力学的理解能够更为深入。

一、工业机器人运动学分析工业机器人的运动学分析是指通过研究机器人的运动轨迹、关节角度和末端坐标等参数，来描述机器人在空间中的位置和姿态变化。

机器人的运动学分析可基于几何方法，利用三角函数和矩阵运算等数学工具来计算机器人的运动学参数。

其中，举足轻重的是机器人的正运动学问题，即根据给定的关节角度，计算机器人末端执行器的位置和姿态。

正运动学问题主要解决机器人的逆运动学问题，即已知机器人末端执行器的位置和姿态，计算关节角度，实现机器人的自主控制。

二、工业机器人动力学分析工业机器人的动力学分析是指通过研究机器人各个关节上的力和力矩，以及机器人的质量和惯性等参数，来描述机器人在运动过程中所受的力学作用。

机器人的动力学分析可基于牛顿研究动力学的基本定律，通过运用动力学方程和动力学模型，推导出机器人的运动学参数。

动力学分析可以帮助我们理解机器人在复杂工作环境下的受力情况，并为机器人的运动控制提供支持。

三、工业机器人力控制分析工业机器人力控制是指通过对机器人末端执行器的力和力矩进行精确测量和控制，实现机器人对外部物体进行柔和握持、装配和搬运等任务的能力。

力控制在工业机器人领域中起着至关重要的作用，它要求机器人能够根据物体的刚度和形状变化，调整握持力和接触力的大小和方向。

通过传感器和控制系统的结合，工业机器人可以实时感知和调整力量，以适应复杂工作环境和精细操作的需求。

结论工业机器人力学分析是实现机器人精确控制和高效运作的基础。

通过运动学分析，我们可以计算机器人的运动轨迹和关节角度，实现机器人的自主控制。

通过动力学分析，我们可以理解机器人在运动过程中所受的力学作用，并为机器人的运动控制提供支持。