一种虎克铰,X轴和Y轴之间有5.5毫米连杆,这种虎克铰分别连接到由伸缩副和螺旋副组成的连杆两端,这样的结构组装成六自由度并联机器人,求运动学逆解
时间: 2024-05-27 07:07:53 浏览: 172
6轴机械臂逆解以及运动控制仿真,提供了机器人工具箱,同时完成了路径自动加载,可以直接运行得到动画效果
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首先,我们需要确定虎克铰的三维坐标系。假设虎克铰的坐标系为 $O_iX_iY_iZ_i$,其中 $i$ 表示第 $i$ 个虎克铰。
接下来,我们可以用以下变量来描述六自由度并联机器人的末端位置和姿态:
- $x$、$y$、$z$ 表示机器人末端的空间位置坐标;
- $\alpha$、$\beta$、$\gamma$ 表示机器人末端的姿态角,也就是绕 $X$、$Y$、$Z$ 轴的旋转角度。
我们可以将机器人末端的位置和姿态表示为一个 $4 \times 4$ 的齐次变换矩阵 $T_{06}$,其中前三行前三列表示旋转矩阵 $R_{06}$,第四列表示位置向量 $\vec{p}$:
$$
T_{06} = \begin{bmatrix}
R_{06} & \vec{p} \\
0 & 1
\end{bmatrix}
$$
接下来,我们需要根据机器人末端的位置和姿态,求出各个虎克铰的关节角度。我们可以按照以下步骤进行运动学逆解:
1. 求出虎克铰 $i$ 的位置向量 $\vec{p}_i$ 和朝向向量 $\vec{n}_i$,其中 $\vec{n}_i$ 是由虎克铰 $i$ 的连杆两端构成的向量;
2. 根据机器人末端的位置和姿态,求出末端位置向量 $\vec{p}$ 和朝向向量 $\vec{n}$;
3. 根据虎克铰 $i$ 的坐标系 $O_iX_iY_iZ_i$,求出朝向向量 $\vec{n}_i$ 在坐标系 $O_iX_iY_iZ_i$ 中的表示 $\vec{n}_{i,O_i}$;
4. 求出虎克铰 $i$ 的关节角度 $\theta_i$,其中:
$$
\theta_i = \begin{cases}
\arccos \left( \frac{\vec{n} \cdot \vec{n}_{i,O_i}}{|\vec{n}| |\vec{n}_{i,O_i}|} \right) & i \in \{1, 2, 3\} \\
\arcsin \left( -\frac{p_z}{d_4} \right) - \theta_2 - \theta_3 & i = 4 \\
\arctan2(p_y, p_x) & i = 5 \\
\arccos \left( \frac{\vec{n}_{4,O_4} \cdot \vec{n}_{5,O_5}}{|\vec{n}_{4,O_4}| |\vec{n}_{5,O_5}|} \right) & i = 6
\end{cases}
$$
其中 $d_4$ 表示第四个连杆的长度,$\arctan2$ 是将一个点的 $x$ 和 $y$ 坐标转换成极角的函数。
需要注意的是,在求解关节角度时,有些情况下可能会出现无解或者多解的情况。此时需要根据实际情况进行调整,比如通过增加或减少某些连杆的长度来解决。
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