机器人逆运动学是正运动学的逆过程,即知道机器人末端执行器在参考坐标系中的位置和姿态,求解机器人各关节的运动变量。机器人逆运动学是机器人操作运动规划和轨迹控制的基础,求解逆运动学的过程比求解正运动学的过程复杂得多。
六轴关节机器人主要有两种配置,一种是传统的工业机器人配置(腕关节456的轴线相交于一点),根据市场的不同应用需求(工作空间等)。),有些杆件是偏置的,比如传统的工业机器人配置,另一种是UR机器人腕关节,关节45的轴线垂直于关节56的轴线。
无论哪种配置,设计的DH参数都是0或90,即相邻两个关节垂直或平行,不仅可以大大简化DH参数矩阵,降低计算消耗;在制造工艺、零件加工、装配精度等方面也有明显优势。至于为什么这种配置是1关节垂直(假设机器人姿势正确,1关节轴线与重力方向一致),1、2关节垂直,2、3关节平行。
主要从两个方面考虑:一是避免机器人的结构奇异性(与机器人的姿势无关, 其总是存在于机器人的整个运动过程中),另一种是考虑机器人的运动空间,而不考虑机器人的实际形状、相同的杆长参数以及上述配置的运动空间
两种主流构型的解可以找到相关文献,基本都是采用图解法和代数法相结合的方法。在实际中求解解析表达式时,手推时很容易出现小错误,可以借助MATLAB等工具箱。
机器人逆解中困难的问题是解的选择和奇异性。实际上是机器人的奇异性准则把逆解空间分成了几个部分。机器人只能在同一个解空间中移动,不能从一个解空间跳到另一个解空间。通常,选择具有短笔画和相邻周期的解决方案组。
因此在求解逆解的函数中需要输入flag,代表机器人当前的运动解空间。如果逆解的标志与输入标志不一致,将报告一个奇异错误。此外,机器人关节可能需要360°甚至更大的范围,求解逆解的功能需要一圈来记录关节运动的次数,也可以通过与前一个周期的关节角度进行比较来求解。
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