機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第九章開式鏈機(jī)構(gòu)課件

第九章開式鏈機(jī)構(gòu)9-1概述9-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析9-3開式鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)19-1概述開式鏈機(jī)構(gòu)的定義：由開式運(yùn)動鏈所組成的機(jī)構(gòu)，稱為開式鏈機(jī)構(gòu)。開式鏈機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：靈活但難以控制,運(yùn)動分析復(fù)雜尤其是逆問題；每個關(guān)節(jié)都需要有驅(qū)動源;機(jī)器人是一種自動控制下通過編程可完成某些操作或移動作業(yè)的機(jī)器人;29-1概述機(jī)器人與傳統(tǒng)的自動機(jī)的區(qū)別:機(jī)器人是一種靈活的、萬能的、具有多目的用途的自動化系統(tǒng)。易于調(diào)整來完成各種不同的勞動作業(yè)和智能動作,其中包括在變化之中及沒有事先說明的情況下的作業(yè)。機(jī)器人的操作稱為柔性自動化。由連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等所組成的傳統(tǒng)的自動機(jī)用于完成單一的重復(fù)的作業(yè)。傳統(tǒng)的自動機(jī)的操作稱為固定自動化.39-1概述機(jī)器人的作用:從事一般及特殊勞動.包括制造業(yè),制藥業(yè),微電子,深水,航空,挖掘,排險及軍事,醫(yī)用,家用等.49-1概述機(jī)器人的基本組成:1.執(zhí)行系統(tǒng)(操作器);2.控制系統(tǒng);3.驅(qū)動系統(tǒng);59-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、操作器的組成二、操作器的自由度三、操作器的結(jié)構(gòu)分類69-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、操作器的組成：操作器是機(jī)器人的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)器人握持工具或工件、完成各種運(yùn)動和操作任務(wù)的機(jī)械部分。操作器是由機(jī)身、臂部、腕部和手部（末端執(zhí)行器）等組成。79-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、操作器的自由度：操作器的自由度是指在確定操作器所有構(gòu)件的位置時所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目。操作器的主運(yùn)動鏈通常是一個裝在固定機(jī)架上的開式運(yùn)動鏈。操作器中的運(yùn)動副僅包含單自由度的運(yùn)動鏈------轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)。機(jī)器人操作器的自由度數(shù)目等于操作器中各運(yùn)動部件自由度的總和。F=fi操作器臂部的運(yùn)動稱為操作器的主運(yùn)動，臂部各關(guān)節(jié)稱為操作器的基本關(guān)節(jié)。89-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析為了使操作器手部能夠達(dá)到空間任一位置，通常的空間機(jī)器人操作器的臂部應(yīng)至少具有3個自由度。為了使操作器手部能夠達(dá)到平面任一位置，通常的平面機(jī)器人操作器的臂部應(yīng)至少具有2個自由度。99-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析腕部的自由度主要是用來調(diào)整的姿態(tài)的為了使手爪在空間能取得任意要求的姿態(tài)，在通用的空間機(jī)器人操作器中，其腕部應(yīng)至少有3個自由度。為了使手爪在平面能取得任意要求的姿態(tài)，在通用的平面機(jī)器人操作器中，其腕部應(yīng)至少有1個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。109-2開式鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析手部的動作主要是開閉，用來夾持工件或工具。它的自由度不計(jì)入操作器的自由度數(shù)目中。通用的空間機(jī)器人操作器必須至少具有6個自由度：3個自由度決定手爪的空間位置，3個自由度確定手爪在空間的姿態(tài)，并且為了使手爪能夠在三維空間取得指定的姿態(tài)，至少要有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)；通用的平面機(jī)器人操作器必須至少具有3個自由度：2個自由度決定手爪的平面位置，1個自由度確定手爪在平面的姿態(tài)，并且為了使手爪能夠在二維空間取得指定的姿態(tài)，至少要有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)；119-2機(jī)器人操作器的結(jié)構(gòu)分析三、操作器的結(jié)構(gòu)分類:1.直角坐標(biāo)型;(14%)2.圓柱坐標(biāo)型:(47%)3.球坐標(biāo)型;(13%)4.關(guān)節(jié)型;(25%)129-3開式鏈機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)研究的主要問題平面兩連桿關(guān)節(jié)型操作器平面兩連桿關(guān)節(jié)型操作器

13一、研究的主要問題正向運(yùn)動學(xué)問題（直接問題）：

給定操作器的一組關(guān)節(jié)參數(shù)，確定其末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)；反向運(yùn)動學(xué)問題（間接問題）：對于工作所要求的末端執(zhí)行器的一個給定位置和姿態(tài)，確定一組關(guān)節(jié)參數(shù)，使末端執(zhí)行器達(dá)到給定的位置和姿態(tài)。解的存在性：多重解：14一、研究的主要問題工作空間：指在機(jī)器人運(yùn)動過程中其操作器臂端所能達(dá)到的全部點(diǎn)所構(gòu)成的空間，其形狀和大小反映了一個機(jī)器人的能力。可達(dá)到的工作空間：機(jī)器人末端執(zhí)行器至少可在一個方位上能達(dá)到的空間范圍。靈活的工作空間：機(jī)器人末端執(zhí)行器在所有方位均能達(dá)到的空間范圍。注意：工作空間是操作器臂端所能達(dá)到的全部點(diǎn)所構(gòu)成的空間，而不是指末端執(zhí)行器或工具末端所能達(dá)到的全部點(diǎn)所構(gòu)成的空間。15二、平面兩連桿關(guān)節(jié)型操作器正向運(yùn)動學(xué)問題：雅可比矩陣是關(guān)節(jié)速度和操作器臂端的直角坐標(biāo)速度之間的轉(zhuǎn)換矩陣。反向運(yùn)動學(xué)問題工作空間可到達(dá)的工作空間靈活的工作空間16二、平面兩連桿關(guān)節(jié)型操作器正向運(yùn)動學(xué)問題：17二、平面兩連桿關(guān)節(jié)型操作器反向運(yùn)動學(xué)有解的存在性和多解性問題18三、平面三連桿關(guān)節(jié)型操作器正向運(yùn)動學(xué)問題：反向運(yùn)動學(xué)問題工作空間正向運(yùn)動學(xué)問題

反向運(yùn)動