机器人DH参数建模与正运动学解析

"该资源是一份关于机器人建模的PPT，主要讲解了Denavit-Hartenberg (D-H) 方法在机器人正运动学方程中的应用。D-H 方法是一种广泛使用的机器人关节和连杆建模技术，适用于各种坐标系统下的变换表示。" 在机器人的设计和控制中，了解其运动学是非常关键的。Denavit-Hartenberg (D-H) 参数化是一种描述机器人结构和计算其运动学方程的有效方法。这个方法由Denavit和Hartenberg在1955年提出，已经成为机器人学的标准建模工具。 D-H 方法的核心在于对机器人各个关节定义局部坐标系，并通过一系列的坐标变换来描述从基座到末端执行器的总变换。这个过程包含了四个关键参数：关节角(θ)，连杆长度(d)，关节偏移(a)，以及轴旋转角度(α)。这些参数定义了相邻关节间的相对位置和姿态。 1. **关节角(θ)**: 对于旋转关节，θ是围绕Z轴的旋转量，对于滑动关节，Z轴即为关节的运动方向。 2. **连杆长度(d)**: 这是沿着Z轴的连杆长度，通常对应于关节间的直线距离。 3. **关节偏移(a)**: 这是从一个关节的Z轴到下一个关节X轴的投影距离，它是在Y轴上的平移量。 4. **轴旋转角度(α)**: 在从一个关节坐标系过渡到下一个关节坐标系时，X轴的旋转角度。 在建立D-H参数表时，通常按照以下步骤进行： - **选择参考坐标系**: 从机器人的基座开始，为每个关节定义一个局部坐标系。 - **定义Z轴**: 对于旋转关节，Z轴与关节旋转方向一致，对于滑动关节，Z轴与运动方向一致。 - **定义X轴**: 通常X轴与Z轴垂直，并且通过相邻关节的公共点。X轴的旋转角度(α)是在Z轴基础上的旋转。 - **确定参数**: 根据关节类型和连杆位置，填写θ、d、a和α的值。 通过组合所有关节的D-H参数，可以构建出从基座到末端执行器的总变换矩阵，从而求解出机器人在空间中的位置和姿态。这种方法对于理解机器人运动、控制算法的开发以及路径规划等应用至关重要。 在实际应用中，D-H 方法可以应用于各种类型的机器人，包括全旋转的链式机器人、SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择性顺应装配机器人手臂）机器人，以及其他具有不同关节和连杆组合的机器人结构。它的灵活性和通用性使得D-H 方法成为机器人学研究和工程实践中不可或缺的一部分。