机器人DH坐标系建立与计算解析

"DH坐标系的确定规则及正逆运动学求解基础知识" 在机器人学中，DH坐标系（Denavit-Hartenberg Parameters）是一种常用的方法来定义和描述机器人各个关节之间的几何关系。该坐标系的建立和计算是理解机器人运动学的关键。以下是关于DH坐标系的详细解释和相关知识点： 1. **DH坐标系的确定规则**: - **Z轴确定规则**: - 对于旋转关节，Z轴遵循右手螺旋法则，即如果从关节n-1沿xn-1方向看向关节n，Z轴会按照顺时针方向旋转θn角。 - 对于滑动关节，Z轴沿着直线运动的方向，关节变量为连杆长度d。 - Z轴的下标表示其相对于前一关节的位置，即关节n处的Z轴记为zn-1。 - **X轴确定规则**: - 当两关节Z轴既不平行也不相交时，取它们的公垂线作为X轴方向，遵循与Z轴相同的命名规则。 - **Y轴**: - Y轴由右手定则确定，当Z轴和X轴确定后，Y轴与Z轴构成右手直角坐标系。 2. **参数确定**: - **连杆长度ln**: - ln是从关节n-1的Z轴到关节n的Z轴沿Xn-1方向的距离。 - **两关节轴扭角αn**: - αn是zn-1到zn沿xn的转角，表示两相邻Z轴之间的扭转角度。 - **偏置dn**: - dn是从xn-1到xn沿zn-1方向的距离，通常为0，表示Z轴之间的平行性。 - **关节角θn**: - θn是Xn-1到Xn绕zn-1的转角，是机器人运动学中的关节变量。 3. **正逆运动学**: - **正运动学**: - 正运动学是根据关节角的值计算末端操作器在空间的位置。它涉及将关节坐标转换为笛卡尔坐标，即确定每个连杆相对于基坐标系的位置。 - **逆运动学**: - 逆运动学是相反的过程，它计算出使末端操作器达到所需位置的关节角。这在机器人路径规划和控制中至关重要。 4. **机器人关节类型**: - **转动关节**: - 提供一个转动自由度，如铰链或相对转动，围绕一个轴线旋转。 - **移动关节**: - 提供一个移动自由度，允许沿一个方向的线性运动。 5. **机器人杆件**: - 杆件连接两个关节，保持关节与末端执行器的固定关系。 - 末端杆件只有一个关节，通常带有工具或手爪。 - 实际机器人设计中，杆件数量有限以简化结构和控制。 6. **常见杆件构形**: - 包括两种平行转动关节（无扭转和90°扭转）等八种类型，每种构形对应不同的连杆参数和运动特性。 了解DH坐标系和运动学的基本概念是构建和分析机器人运动模型的基础，这对于机器人控制、路径规划和机器人系统的建模都具有重要意义。通过对这些规则和参数的理解，可以有效地解决机器人在工作空间中的定位和运动问题。