操作臂运动学解析：连杆、坐标系与运动特性

"该资源是关于工业机器人应用技术的，主要讲解了操作臂运动学的相关概念和理论。" 在工业机器人领域，操作臂是至关重要的组成部分，它由一系列连杆通过关节相互连接形成一个可运动的机构。第三章“操作臂运动学”深入探讨了这一主题，旨在理解操作臂的运动特性，而不涉及产生这些运动的力的细节。 首先，操作臂被定义为由刚性连杆构成的运动链，这些连杆通过关节相互连接。关节允许相邻连杆间发生相对运动，如转动、移动等。常见的关节类型包括转动副、移动副、圆柱副、平面副、螺旋副和球面副，其中转动关节和移动关节最为常见。 操作臂运动学关注的重点是连杆的位置、速度、加速度，以及这些参数对时间或其他变量的导数。它研究如何描述操作臂末端执行器相对于基座的位置和姿态。为了解决复杂的几何问题，通常会在每个连杆上建立一个连杆坐标系，并分析这些坐标系之间的相对关系。这一章主要讨论以关节变量为自变量，建立末端执行器位置和姿态与基座的函数关系。 连杆的描述包括其编号（通常从固定基座开始编号，称基座为连杆0，依次为连杆1、连杆2，直到最末端的连杆n），以及连杆的物理属性，如连杆长度（ai-1）和连杆转角（αi）。连杆长度是从连杆i-1的前端到后端关节轴i的公垂线长度，而连杆转角则是关节轴i-1相对于连杆i-1绕公垂线旋转的角度。 此外，章节还提到了驱动空间、关节空间和笛卡尔空间的概念。驱动空间涉及到机器人的实际动力学控制，关节空间是描述关节变量的空间，而笛卡尔空间则是以机器人的末端执行器在三维空间中的位置和方向来表示的。坐标系的标准命名则确保了在描述和计算过程中的一致性和准确性。 工具定位是另一重要话题，它涉及到如何根据特定任务调整末端执行器的配置，使其能够准确地到达工作空间内的目标位置并完成任务。 总结来说，本章内容全面覆盖了操作臂运动学的基础理论，为后续章节深入研究速度、加速度等动态特性奠定了基础，是理解工业机器人运动控制的关键。