机器人学笔记之——操作臂运动学:对连杆坐标系的规定

0. 对连杆坐标系的规定

为了描述每个连杆与相邻连杆之间的相对位置关系,我们通常会在每个连杆上定义一个相对连杆固定的坐标系,称为固连坐标系,根据固连坐标系所在的连杆为其命名。因此固连在连杆i上的固连坐标系称为坐标系{i}

0.0 连杆链中的中间连杆

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0.1 连杆链中的首尾连杆

固连在机器人基座的坐标系,即固连在连杆0上的坐标系{0},由于该坐标系是始终固定不动的,所以我们通常将其作为参考坐标系,可以在这个参考坐标系里描述所有其他的连杆坐标系。
参考坐标系{0}可以任意设定,只是为了方便起见,通常设定Z0轴沿关节轴1的方向,当关节变量1为0的时候,设定参考坐标系{0}坐标系{1}重合。
按照这个规定总有a0 = 0α0 = 0。当关节1为转动关节的时候,d1 = 0,当关节1为移动关节使,θ1 = 0
对于转动关节n,设θn = 0,此时Xn-1轴与Xn轴的方向相同,选取坐标系{N}的原点使dn = 0,对于移动关节n,设Xn轴方向使θn = 0,当dn = 0时,选取坐标系{N}的原点位于Xn-1轴与关节轴n的交点位置。

0.2 在连杆坐标系中对连杆参数的归纳

按照上述规定设置连杆坐标系,则连杆参数可以有如下定义:
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0.3 建立连杆坐标系的步骤

对于一个新机构,我们需要按照如下步骤正确地建立连杆坐标系:

  • 找出各个关节轴,标出这些轴的延长线,方便后续使用
  • 找出关节轴ii+1之间的公垂线或者交点,以两者的交点或者公垂线与关节轴i的交点作为连杆坐标系的原点
  • 规定Zi轴沿关节轴的指向
  • 规定Xi轴沿公垂线的指向,如果关节轴ii+1相交,则规定Xi轴垂直于关节轴ii+1所在平面。
  • 按照右手定则确定Yi
  • 当第一个关节变量0时,规定坐标系{0}和{1}重合。对于坐标系{N},其原点和Xn的方向可以任意选取。但是在选取时,尽量使连杆参数为0。

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