【CN110103202A】一种基于运动分岔机构的多模式混联机械臂【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910271321.8

(22)申请日 2019.04.04

(71)申请人 上海工程技术大学

地址 201620 上海市松江区龙腾路333号

(72)发明人 张春燕　殷兴鲁　宛宇　刘香玉　

谢明娟　李茂生　朱锦翊　

(74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限

公司 31225

代理人 翁惠瑜

(51)Int.Cl.

B25J 9/00(2006.01)

(54)发明名称

一种基于运动分岔机构的多模式混联机械

臂

(57)摘要

本发明涉及一种基于运动分岔机构的多模

式混联机械臂，包括依次连接的末端执行器、臂

部和并联基座，其中：所述臂部为8杆单环运动分

岔机构，包括对称设置的两条臂支链，两条臂支

链两端分别活动连接形成单环闭链结构，各所述

臂支链包括四个依次活动连接的连杆；所述并联

基座为两转动自由度空间并联机构；所述并联基

座上安装有用于实现两条臂支链串联、并联转换

的模式切换机构。与现有技术相比，本发明具有

工作效率高、结构尺寸小、

整体稳定性高优点。权利要求书1页 说明书7页 附图13页CN 110103202 A 2019.08.09

C N 110103202

A

权　利　要　求　书1/1页CN 110103202 A

1.一种基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，包括依次连接的末端执行器、臂部和并联基座，其中：

所述臂部为8杆单环运动分岔机构，包括对称设置的两条臂支链，两条臂支链两端分别活动连接形成单环闭链结构，各所述臂支链包括四个依次活动连接的连杆；

所述并联基座为两转动自由度空间并联机构；

所述并联基座上安装有用于实现两条臂支链串联、并联转换的模式切换机构。

2.根据权利要求1所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，各所述臂支链的四个连杆的形状不同。

3.根据权利要求1所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，各所述连杆间通过转动副连接，且部分连杆上布置有驱动电机。

4.根据权利要求1所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述并联基座包括上平台、下平台、支链机构和支链驱动机构，所述支链机构活动连接于上平台和下平台之间，所述支链驱动机构与支链机构连接，所述模式切换机构安装于上平台上，所述下平台安装于一固定底板上。

5.根据权利要求4所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述支链机构包括三条分支链和一条中间支链，所述三条分支链中间对称布置上平台和下平台边沿，各分支链包括两个活动连接的连杆，所述中间支链包括依次活动连接的固定杆Ⅰ、中间连接件和固定杆Ⅱ，固定杆Ⅰ与上平台固定连接，固定杆Ⅱ与下平台固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，各分支链的两个所述连杆间通过等效球面副连接。

7.根据权利要求4所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述支链驱动机构设有三个，分别与三条分支链对应连接。

8.根据权利要求4所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述支链驱动机构为丝杆驱动机构，该丝杆驱动机构固定于所述固定底板上。

9.根据权利要求1所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述模式切换机构包括依次连接的伺服电机、齿轮组件和传动销，所述传动销与臂支链连接。

10.根据权利要求8所述的基于运动分岔机构的多模式混联机械臂，其特征在于，所述模式切换机构设有两个，分别与两条臂支链对应连接，两个所述模式切换机构采用嵌套方式安装于并联基座上。

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六轴运动机器人运动学求解分析_第九讲

六轴联动机械臂运动学及动力学求解分析 V0.9版 随着版本的不断更新，旧版本文档中的一些笔误得到了修正，同时文档内容更丰富，仿真程序更完善。 作者朱森光 Email zsgsoft@https://www.wendangku.net/doc/078164039.html, 完成时间 2016-02-28

1引言 笔者研究六轴联动机械臂源于当前的机器人产业热，平时比较关注当前热门产业的发展方向。笔者从事的工作是软件开发，工作内容跟机器人无关，但不妨碍研究机器人运动学及动力学，因为机器人运动学及动力学用到的纯粹是数学和计算机编程知识，学过线性代数和计算机编程技术的人都能研究它。利用业余时间翻阅了机器人运动学相关资料后撰写此文，希望能够起到抛砖引玉的作用引发更多的人发表有关机器人技术的原创性技术文章。本文内容的正确性经过笔者编程仿真验证可以信赖。 2机器建模 既然要研究机器人，那么首先要建立一个机械模型，本文将以典型的六轴联动机器臂为例进行介绍，图2-1为笔者使用3D技术建立的一个简单模型。首先建立一个大地坐标系，一般教科书上都是以大地为XY平面，垂直于大地向上方向为Z轴，本文为了跟教科书上有所区别同时不失一般性，将以水平向右方向为X轴，垂直于大地向上方向为Y轴，背离机器人面向人眼的方向为Z轴，移到电脑屏幕上那就是屏幕水平向右方向为X轴，屏幕竖直向上方向为Y轴，垂直于屏幕向外为Z轴，之所以建立这样不合常规的坐标系是希望能够突破常规的思维定势训练在任意空间建立任意坐标系的能力。 图2-1 图2-1中的机械臂，底部灰色立方体示意机械臂底座，定义为关节1，它能绕图中Y轴旋转；青色长方体示意关节2，它能绕图中的Z1轴旋转；蓝色长方体示意关节3，它能绕图中的Z2轴旋转；绿色长方体示意关节4，它能绕图中的X3轴旋转；深灰色长方体示意关节5，它能绕图中的Z4轴旋转；末端浅灰色机构示意关节6即最终要控制的机械手，机器人代替人的工作就是通过这只手完成的，它能绕图中的X5轴旋转。这儿采用关节这个词可能有点不够精确，先这么意会着理解吧。 3运动学分析 3.1齐次变换矩阵 齐次变换矩阵是机器人技术里最重要的数学分析工具之一，关于齐次变换矩阵的原理很多教科书中已经描述在此不再详述，这里仅针对图2-1的机械臂写出齐次变换矩阵的生成过程。首先定义一些变量符号，关节1绕图中Y轴旋转的角度定义为θ0，当θ0=0时，O1点在OXYZ坐标系内的坐标是(x0,y0,0)；关节2绕图中的Z1轴旋转的角度定义为θ1，图中的θ1当前位置值为+90度；定义O1O2两点距离为x1,关节3绕图中的Z2轴旋转的角度定义为θ2，图中的θ2当前位置值为-90度；O2O3两点距离为x2，关节4绕图中的X3轴旋转的角度定义为θ3, 图中的θ3当前位置值为0度；O3O4两点距离为x3，关节5绕图中的Z4轴旋转的角度定义为θ4, 图中的θ4当前位置值为-60度；O4O5两点距离为x4，关节6绕图中的X5轴旋转的角度定义为θ5, 图中的θ5当前位置值为0度。以上定义中角度正负值定义符合右手法则,所有角度定义值均为本关节坐标系相对前一关节坐标系的相对旋转角度值（一些资料上将O4O5两点重合在一起即O4O5两点的距离x4退化为零，本文定义x4大于零使得讨论时更加不失一般性）。符号定义好了，接下来描述齐次变换矩阵。 定义R0为关节1绕Y轴的旋转矩阵 =cosθ0 s0 = sinθ0 //c0 R0 =[c0 0 s0 0 0 1 0 0 0 c0 0 -s0 0 0 0 1] 定义T0为坐标系O1X1Y1Z1相对坐标系OXYZ的平移矩阵 T0=[1 0 0 x0 0 1 0 y0 00 1 0 0 0 0 1] 定义R1为关节2绕Z1轴的旋转矩阵 R1=[c1 –s1 0 0 s1 c1 0 0

基于STM32的机械臂运动控制分析设计说明书

机器人测控技术 大作业课程设计 课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302 学生姓名：张鹏涛 学号：201323020219 指导教师：曹毅 课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 目录

摘要................................................................................................................. V 第一章运动模型建立...................................................................................... V I 1.1引言 ................................................................................................ V I 1.2机器人运动学模型的建立.................................................................. V I 1.2.1运动学正解 ......................................................................... VIII 第二章机械臂控制系统的总体方案设计 .......................................................... X 2.1机械臂的机械结构设计 ...................................................................... X 2.1.1臂部结构设计原则 ................................................................. X 2.1.2机械臂自由度的确定............................................................. XI 2.2机械臂关节控制的总体方案 .............................................................. XI 2.2.1机械臂控制器类型的确定...................................................... XI 2.2.2机械臂控制系统结构............................................................ XII 2.2.3关节控制系统的控制策略.................................................... XIII 第三章机械臂控制系统硬件设计.................................................................. XIII 3.1机械臂控制系统概述....................................................................... XIII 3.2微处理器选型................................................................................. XIV 3.3主控制模块设计.............................................................................. XV 3.3.1电源电路............................................................................. XV 3.3.2复位电路............................................................................ XVI 3.3.3时钟电路............................................................................ XVI 3.3.4 JTAG调试电路.................................................................. X VII 3.4驱动模块设计................................................................................. X VII

机械臂运动学

机械臂运动学基础 1、机械臂的运动学模型 机械臂运动学研究的是机械臂运动，而不考虑产生运动的力。运动学研究机械臂的位置，速度和加速度。机械臂的运动学的研究涉及到的几何和基于时间的内容，特别是各个关节彼此之间的关系以及随时间变化规律。 典型的机械臂由一些串行连接的关节和连杆组成。每个关节具有一个自由度，平移或旋转。对于具有n个关节的机械臂，关节的编号从1到n，有n +1个连杆，编号从0到n。连杆0是机械臂的基础，一般是固定的，连杆n上带有末端执行器。关节i连接连杆i和连杆i-1。一个连杆可以被视为一个刚体，确定与它相邻的两个关节的坐标轴之间的相对位置。一个连杆可以用两个参数描述，连杆长度和连杆扭转，这两个量定义了与它相关的两个坐标轴在空间的相对位置。而第一连杆和最后一个连杆的参数没有意义，一般选择为0。一个关节用两个参数描述，一是连杆的偏移，是指从一个连杆到下一个连杆沿的关节轴线的距离。二是关节角度，指一个关节相对于下一个关节轴的旋转角度。 为了便于描述的每一个关节的位置，我们在每一个关节设置一个坐标系，对于一个关节链，Denavit和Hartenberg提出了一种用矩阵表示各个关节之间关系的系统方法。对于转动关节i，规定它的转动平行于坐标轴z i-1，坐标轴x i-1对准从z i-1到z i的法线方向，如果z i-1与z i相交，则x i-1取z i?1×z i的方向。连杆，关节参数概括如下： ●连杆长度a i沿着x i轴从z i-1和z i轴之间的距离; ●连杆扭转αi从z i-1轴到zi轴相对x i-1轴夹角; ●连杆偏移d i从坐标系i-1的原点沿着z i-1轴到x i轴的距离; ●关节角度θi x i-1轴和x i轴之间关于z i-1轴的夹角。

基于MATLAB Robotics Tools的机械臂仿真

基于MATLAB Robotics Tools的机械臂仿真 【摘要】在MATLAB环境下，对puma560机器人进行运动学仿真研究，利用Robotics Toolbox工具箱编制了简单的程序语句，建立机器人运动学模型，与可视化图形界面，利用D-H参数法对机器人的正运动学、逆运动学进行了仿真，通过仿真，很直观的显示了机器人的运动特性，达到了预定的目标，对机器人的研究与开发具有较高的利用价值。 【关键词】机器人;运动学正解;运动学逆解 Abstract：For the purpose of making trajectory plan research on puma560 robot，in the MATLAB environment，the kinematic parameters of the robot were designed. Kinematic model was established by Robotics Toolbox compiled the simple programming statements，the difference was discussed between the standard D-H parameters，and the trajectory planning was simulated，the joints trajectory curve were smooth and continuous，Simulation shows the designed parameters are correct，thus achieved the goal. The tool has higher economic and practical value for the research and development of robot. Key words：robot;trajectory planning;MTALAB;simulation 1.前言 机器人是当代新科技的代表产物，随着计算机技术的发展，机器人科学与技术得到了迅猛的发展，在机器人的研究中，由于其价格较昂贵，进行普及型实验难度较大，隐刺机器人仿真实验变得十分重要。对机器人进行软件仿真，从运动图像和动态曲线表，可以模拟机器人的动态特性，更加直观的显示了机器人的运动状况，从而可以分析许多重要的信息。 对机器人的运动学仿真，很多学者都进行了研究。文献2以一个死自由度机器人为例，利用MATLAB软件绘制了其三维运动轨迹;文献4对一种柱面机械手为对象，对机械手模型的手动控制和轨迹规划进行了仿真;但上述各种方法建立的机器人模型只适合特定的机械臂模型。一种通用的，经过简单修改便可用于任何一种机械臂的仿真方法显得尤为重要。 2.机器人运动学简介 机器人学中关于运动学和动力学最常用的描述方法是矩阵法，这种数学描述是以四阶方阵变换三维空间的齐次坐标为基础的。矩阵法、齐次变换等概念是机器人学研究中最重要的数学基础。利用MATLAB Robotics Toolbox工具箱中的transl、rotx、roty和rotz函数可以非常容易的实现用其次变换矩阵表示平移变换和旋转变换。例如机器人在X轴方向平移了0.5米的其次坐标变换可表示为：

第一章《_机械运动》单元测试题(有答案)

八年级物理第一章《机械运动》测试题（含答案） 一、选择题（每题3分，计30分） 1、小明同学用刻度尺测出一个物体的长度为172.5 mm，下面物体中最接近这个数值的是（） A.物理课本的厚度 B.一根粉笔的长度 C.黑板的长度 D.饮水杯的高度 2、使用一个刚从冰箱里拿出来的毫米刻度尺去测量一个机器零件的长度，这样测量的结果将会（） A.偏大 B.偏小 C.正常 D.无法比较 3、关于机械运动的概念，下列说法错误的是（） A．平常所说的运动和静止都是相对于参照物来说的； B．所谓参照物就是我们假设不动的物体，以它作为参考研究其它物体运动情况； C．选取不同的参照物来描述同一物体的运动，其结果可以是不同的； D．研究物体运动，选择地面做参照物最适宜，因为地面是真正不动的物体． 4、坐在行驶着的列车中的乘客，我们说他是静止的，是以下列哪个物体为参照物（） A．路边的树木 B．走动的列车员C．停在车站上的另一辆车D．火车车箱 5、甲看到：路旁树木向东运动;乙看到：甲静止不动。若以地面为参照物，应当是（） A.甲向西，乙向东运动 B.甲向东，乙向西运动 C.甲乙都向东运动 D.甲乙都向西运动 6、我们观看百米赛跑时，判断谁跑得快的根据是（） A.速度的大小 B.跑完相同的距离需要时间的多少 C.在相同的时间内，跑过的距离的长短 D.跑过相同的距离比较平均速度的大小 7、甲物体以乙物体为参照物是静止的，甲物体以丙物体为参照物是运动的，那么以丙物体为参照物的乙物体是（） A.可能运动 B.一定运动 C.可能静止 D.以上结论都可成立 8、作匀速直线运动的物体，8秒内通过的路程是20米，它在第4秒内的速度是（） A.2.5米/秒 B.20米/秒 C.5米/秒 D.8米/秒 9、一个运动物体在前2秒内的平均速度是3米/秒，后3秒内的平均速度是5米/秒，则它在5秒内的平均速度是（） A.等于4米/秒 B.小于5米/秒而大于3米/秒 C.等于5米 D.大于5米/秒 10、课外活动时，小明和小华均在操作上沿直线进行跑步训练。在某次训练中，他们通过的路程和时间的关系如图2所示，则下列说法中正确的是( )

《机械运动》单元测试题及答案

《机械运动》单元测试题及答案 一、单选题（每小题2分，共30分） 1、正常人平时步行的速度大约是（） A、1．2 m/s B、12 m/s C、1．2 cm/s D、1．2 km/s 2、坐在顺水漂流的船中的乘客，我们说他静止是以哪个物体为参照物的：（） 3．某学生在记录测量结果时忘记写单位，下列数据的单位是“厘米”的是：（） A．一支铅笔的直径是7.1 B．茶杯的高度是11.2 C．物理书的长度是2.52 D．他自己的身高是16.75 4、一著名运动员在100米赛跑中，起跑时速度是9m/s，中途的速度是7m/s，最后冲刺的速度是11m/s，如果他的成绩是10s，则他全程的平均速度是：（） A、7 m/s B、9 m/s C、10 m/s D、11 m/s 5.小轿车在笔直的高速公路上行驶，通过前一半路程的平均速度为30m/s，通过后一半路程的平均速度为20m/s，则小轿车通过全程的平均速度是（） A．50m/s B．25m/s C．24m/s D．10m/s 6.在匀速直线运动中，下列关于公式v=S/t的说法中正确的是（） A．速度v与路程S成正比 B．速度v的大小与路程S、时间t都没有关系 C．当速度v一定时，路程S与时间t成反比 D．速度v与时间t成反比 7．做直线运动的物体，在开始5秒钟内通过5米的路程，接着静止5秒，再在5秒钟内通过10米的路程，物体在这15秒内的平均速度是（） A. 1米/秒 B. 15米/秒 C. 2米/秒 D. 1.5米/秒 8.卡车和联合收割机以同样快慢、向同一方向前进，下列有关它们的说法中，正确的是（） A.相对于地面来说，联合收割机是静止的 B.选卡车为参照物，联合收割机是静止的 C.相对于收割机来说，卡车在运动 D.选地面为参照物，卡车是静止的 9．下列单位换算正确的是（） A.12.56 cm=12.56×10-2 m=0.125 m B.12.56 cm=12.56 cm×10-2 m=0.125 m C.12.56 cm=12.56÷102 m=0.125 m D.12.56 cm=12.56×10-2 cm=0.125 m 10．下列有关误差的说法中，正确的是（） A.多次测量取平均值可以减小误差 B.误差就是测量中产生的错误 C.只要认真测量，就可以避免误差 D.选用精密的测量仪器可以消除误差 11．大海同学用一把刻度尺4次测量物理课本的宽度，下列记录数据中错误的是（） A.18.77 cm B.18.76 cm C.18.74 cm D.18.89 cm 12．用刻度尺测物体的长度时，下列要求错误的是（） A.测量时，刻度尺不能歪斜 B.测量时，必须从刻度尺的零刻度线处量起 C.读数时，视线应与尺面垂直 D.记录测量结果时，必须在数字后面写上单位 13下列说法中正确的是（） A、根据v=s/t可知，运动的路程越长，运动的速度越大 B、根据v=s/t可知，运动的时间越短，运动速度越大 C、物体在相等时间内，运动路程越长，运动的速度越大 D、物体通过相同的路程，所用的时间越短，运动的速度越大 14．小明为了测自己步行的速度，他从400 m跑道的起点从8时10分0秒开始记时，沿着跑道走一圈到终点（即起点），表针指到8时18分20秒，则小明的平均速度是（） A．1．25 m/s B．0．73 m/s C．0．67 m/s D．0．8 m/s 15．如果一个物体作匀速直线运动，4s内通过20m的路程，那么它前2s内的速度是（） A．20m/s B. 10m/s C. 5m/s D. 无法确定 二、填空题（每空1分，共22分） 16、“地球同步卫星总是静止在地球某处的上空”，这是以_______为参照物的，若以太阳为参照物，这个卫星应 是________的。 17、一个做匀速直线运动的物体在2 min内通过了300 m的路程，它运动的速度是：______ m/s，这个物体在前10 s经过的路程是：_______ m。 18．歌词“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，前一句是以______为参照物；后一句是以_______为参照物。

六轴运动机器人运动学求解分析_第一讲

六轴联动机械臂运动学求解分析 第一讲 作者朱森光 Email zsgsoft@https://www.wendangku.net/doc/078164039.html,

1引言 笔者研究六轴联动机械臂源于当前的机器人产业热，平时比较关注当前热门产业的发展方向。笔者工作主要从事软件开发跟机器人毫无关系，利用业余时间研究整理机器人技术相关的文章，希望能够起到抛砖引玉的作用引发更多的人发表有关机器人技术的原创性技术资料。本系列文章的所有文字、图片及相关资料均为原创，内容正确性经过笔者亲自编程仿真验证可以信赖。 2机器建模 2.1坐标系 既然要研究机器人，那么首先要建立一个机械模型，本文将以典型的六轴联动机器臂为例进行介绍，图2-1为笔者使用3D技术建立的一个简单模型。首先建立一个大地坐标系，一般教科书上都是以大地为XY平面，垂直于大地向上方向为Z轴，本文为了跟教科书上有所区别同时不失一般性，将以水平向右方向为X轴，垂直于大地向上方向为Y轴，背离机器人面向人眼的方向为Z轴，移到电脑屏幕上那就是屏幕水平向右为X轴，屏幕水平向上为Y轴，垂直于屏幕向外为Z轴，之所以建立这样不合常规的坐标系是希望能够突破常规的思维定势训练在任意空间建立任意坐标系的能力。 图2-1 图2-1中的机械臂，灰色立方体为机械臂底座，定义为关节1，它能绕图中Y轴旋转；青色为关节2，它能绕图中的Z1轴旋转；蓝色为关节3，它能绕图中的Z2轴旋转；绿色为关节4，它能绕图中的X3轴旋转；红色为关节5，它能绕图中的Z4轴旋转；黄色为关节6，它能绕图中的X5轴旋转。 2.2齐次变换矩阵 齐次变换矩阵是机器人技术里最重要的数学分析工具之一，关于齐次变换矩阵的原理很多教科书中已经描述在此不再详述，这里仅针对图2-1的机械臂写出齐次变换矩阵的生成过程。首先定义一些变量符号，关节1绕图中Y轴旋转的角度定义为θ0，当θ0=0时，O1点在OXYZ坐标系内的坐标是(x0,y0,0)；关节2绕图中的Z1轴旋转的角度定义为θ1，图中的θ1当前位置值为+90度；定义O1O2两点距离为x1,关节3绕图中的Z2轴旋转的角度定义为θ2，图中的θ2当前位置值为-90度；O2O3两点距离为x2，关节4绕图中的X3轴旋转的角度定义为θ3, 图中的θ3当前位置值为-60度；O3O4两点距离为x3，关节5绕图中的Z4轴旋转的角度定义为θ4, 图中的θ4当前位置值为-60度；O4O5两点距离为x4，关节6绕图中的X5轴旋转的角度定义为θ5, 图中的θ5当前位置值为+60度。以上定义中角度正负值定义符合右手法则。符号定义好了，接下来描述齐次变换矩阵。 定义R0为关节1绕Y轴的旋转矩阵 cosθ0 s0 = sinθ0 = //c0 R0=[c0 0 s0 0 0 1 0 0 0 c0 0 -s0 0 0 0 1] 定义T0为坐标系O1X1Y1Z1相对坐标系OXYZ的平移矩阵 T0=[1 0 0 x0 0 1 0 y0 00 1 0 0 0 0 1] 定义R1为关节2绕Z1轴的旋转矩阵 R1=[c1 –s1 0 0

机器人机械臂运动学分析

平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。 1、分别求出两杆的动能和势能

(完整版)用平面二连杆机器人为例贯穿运动学、雅可比、动力学、轨迹规划甚至控制与编程

一、平面二连杆机器人手臂运动学 平面二连杆机械手臂如图1所示，连杆1长度1l ，连杆2长度2l 。建立如图1所示的坐标系，其中，),(00y x 为基础坐标系，固定在基座上，),(11y x 、),(22y x 为连体坐标系，分别固结在连杆1和连杆2上并随它们一起运动。关节角顺时针为负逆时针为正。 图1平面双连杆机器人示意图 1、用简单的平面几何关系建立运动学方程 连杆2末段与中线交点处一点P 在基础坐标系中的位置坐标： ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p （1） 2、用D-H 方法建立运动学方程 假定0z 、1z 、2z 垂直于纸面向里。从),,(000z y x 到),,(111z y x 的齐次旋转变换矩阵为： ?? ??? ???????-=100 010000cos sin 00sin cos 1 111 01θθ θθT （2） 从),,(111z y x 到),,(222z y x 的齐次旋转变换矩阵为： ?? ??? ???????-=100 010000cos sin 0sin cos 2 212212 θθ θθl T （3） 从),,(000z y x 到),,(222z y x 的齐次旋转变换矩阵为：

? ???? ???????+++-+=?? ??? ? ? ?? ???-?????????????-=?=10000100sin 0)cos()sin(cos 0)sin()cos( 1000010 000cos sin 0sin cos 1000 010000cos sin 00sin cos 1121211121212212 2111 1120102θθθθθθθθθθθθθθθθ θθl l l T T T （4） 那么，连杆2末段与中线交点处一点P 在基础坐标系中的位置矢量为： ? ?? ? ? ???????=????????????++++=? ? ? ?? ? ?????????????? ?? ???+++-+=?=110)sin(sin )cos( cos 10010000100sin 0)cos()sin(cos 0)sin()cos( 212112121121121211121212 020p p p z y x l l l l l l l P T P θθθθθθθθθθθθθθθθ （5） 即， ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p （6） 与用简单的平面几何关系建立运动学方程（1）相同。 建立以上运动学方程后，若已知个连杆的关节角21θθ、，就可以用运动学方程求出机械手臂末端位置坐标，这可以用于运动学仿真。 3、平面二连杆机器人手臂逆运动学 建立以上运动学方程后，若已知个机械臂的末端位置，可以用运动学方程求出机械手臂二连杆的关节角21θθ、，这叫机械臂的逆运动学。逆运动学可以用于对机械臂关节角和末端位置的控制。对于本例中平面二连杆机械臂，其逆运动学方程的建立就是已知末端位置 ),(p p y x 求相应关节角21θθ、的过程。推倒如下。 （1）问题 ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p 已知末端位置坐标),(p p y x ，求关节角21θθ、。 （2）求1θ

机械运动测试题附答案

第一章机械运动测试题 一、单选题(本大题共10小题，共50分) 1.小明利用最小分度值为1mm的刻度尺测量一个物体的长度，三次测量的数据分别为 2.35cm、2.36cm、2.36cm，则测量结果应记为（） cm B.2.4cmcmcm 2.随着经济的发展，我国的国防事业得到了相应的发展．如图 所示为我国空军战机空中加油时的情景（） A.以地面为参照物，加油机是静止的 B.以加油机为参照物，战机是运动的 C.以地面为参照物，加油机和战机都是静止的 D.以战机为参照物，加油机是静止的 3.如图所示，菲菲和翔翔坐在车厢内，观察判断火车的运动 情况．菲菲：以窗外的动车为参照物，火车的位置变化了， 因此火车是运动的．翔翔：以窗外的站台为参照物，火车的 位置没有变化，因此火车是静止的．以上判断（） A.菲菲正确 B.翔翔正确 C.两人都正确 D.两人都不正确 4.甲、乙两物体同时同地向东运动，运动的s-t图象如图所示，下列说法正确的是（） A.0-t 1 时间内选甲为参照物，乙是向东运动 B.t 1-t 3 时间内甲为匀速直线运动，t 2 时刻甲、乙两物体相遇 C.t 2-t 4 时间内甲的速度小于乙的速度 D.0-t 4 时间内甲的平均速度比乙的平均速度大 5.下列图象中，能正确反映“匀速直线运动”的是（） A. B. C. D. 6.某物体从地面上某一点出发沿直线运动，其s-t图象如图所示．对物体的运动情况进行分析，得出结论不正确的是（） A.物体在6s内运动的路程为15m B.以地球为参照物，物体在中间2s内静止 C.物体在前2s内和后2s内的速度相等 D.物体在6s内的平均速度为2.5m/s 7.龟兔赛跑中，乌龟和兔子同时从起点跑出，兔子在中途睡

基于Solidworks的机械手运动仿真设计

2012年8月第24期 科技视界 SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界0引言 机械手对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步 发展起着重要作用。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，更能提高劳动生产率和自动化水平。随着现代生产的机械化和自动化的发展对机器人的需求越来越大因而对机器人的末端执行机构机械手的研究尤为重要。一些软件的发展为机械手的设计分析提供了方便降低了生产成本，本设计是基于S olidworks 软件，使得设计效率大大提高[1]。 本文是为普通车床配套而设计的上料机械手。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。 1机械手工作原理 上料机械手直接与工件接触的部件,它能执行人手的抓 握功能。手抓取物体以物体为中心,用两根手指包络物体。根据抓取物体时的相对状态,靠手指与工件之间的摩擦力来夹持工件。本上料机械手采用二指平动手爪,属于夹持式手爪,手指由四杆机构带动,当上料机械手手爪夹紧和松开物体时, 手指姿态不变,作平动。机械手手爪的结构见图1，①为支架、 ②气动杆、③和④为大螺钉、⑤和⑥为三孔连杆、⑦为小螺 钉、⑧短连杆、⑨和⑩为手指。 通过气动杆②来传动力的，气缸带动气动杆②使之向上移动时,其它的杆件共同运动,此时手爪是处于握紧工件的过程;反之,当气缸带动气动杆②向下移动时,手爪是处于张开的过程。这样,用气缸带动连杆②做往复平动，从而使其它杆件运动,带动手爪张合，手指上的任意一点的运动轨迹为一弧摆动。 图1 机械手装配简图 基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的机械手运动仿真设计 郑向华 （成都工业学院机电工程系 四川成都611730） 【摘 要】本文在上料机械手设计与研究的基础上，具体进行了机械手仿真动画设计。完成基于S olidworks 的机械手运动仿 真，利用仿真动画来描述其工作原理。设计结果表明该设计可大大提高设计效率，收到良好效果。 【关键词】机械手；运动仿真；Solidworks The Design of Manipulator ’s Motion Simulation Based on the Solidworks Z HENG Xiang-hua （Electromechanical Engineering Department,Chengdu Technological University,Chengdu Sichuan ，611730,China)【Abstract 】In this paper,the design of manipulator on the basis of the design and study,specific for manipulator simulation ani - mation https://www.wendangku.net/doc/078164039.html,pleted based on SolidWorks manipulator motion simulation,simulation animation to describe its working principle.The result indicates that this design can greatly improve the design efficiency,received good results. 【Key words 】Manipulator ；M otion simulation ；Solidworks ※基金项目：四川省教育厅项目（基金号10ZC035）。 作者简介：郑向华（1977—），女，黑龙江嫩江人，讲师，硕士研究生毕业，主要从事机电设计、CAD\CAE\CAM 及材料的研究 。 项目与课题 17

初二物理 机械运动(一)同步练习题及答案

机械运动（一） 一、知识概述 本周我们将学习物质的简单运动. 知道机械运动；知道运动和静止的相对性；知道匀速直线运动；理解速度的概念和公式. 二、重难点知识归纳及解析 （一）运动的描述 1、机械运动 一个物体相对于另一个物体位置的改变，叫做机械运动，通常简称为运动。 机械运动是最简单的运动。 2、参照物 要描述一个物体是运动的还是静止的，要先选定一个标准物体作参照，这个选定的标准物体叫参照物。 3、参照物的选择 研究某物体是运动还是静止要事先选作标准的物体（假定为不动的物体）。

（1）参照物是人为假定不动的，不是真正不动的。自然界不存在绝对不动的物体。 （2）同一物体，由于选择不同的参照物，其运动描述结果往往是不同的。 （3）参照物可以任意选择，但为了研究问题方便，应该选择最合适的物体作参照物，在研究地面上的物体运动时，我们常把地面或相对地面静止的物体作为参照物，在研究运动的车上的物体运动时，可以选运动的车厢为参照物。选取的参照物不同，对同一物体的运动的分析和计算方法也就不同，巧妙地选取参照物，往往可以使解题过程大大简化。 （4）参照物不能选研究对象本身，因为它不是另一个物体，而是同一物体。如果以研究对象为参照物，则研究对象永远是静止的。 4、运动和静止的相对性 宇宙中的一切物体都在运动着，绝对不动的物体是没有的。我们平常说的一个物体是静止的，另一个物体是运动的，都是指这个物体相对于一个被选作标准的物体，即相对于参照物的位置是否发生了变化。若物体相对于参照物的位置不变，即我们说物体是静止的；若物体相对于参照物的位置不断改变，那我们说物体是运动的。可见运动和静止都是相对而言的，选取的参照物不同，得到的结论也可能不同。因此，我们说的运动和静止都是相对的，不事先选择参照物，说物体运动还是静止没有意义，也是不对的。 5、运动的分类 直线运动——经过的路线是直线的运动叫做直线运动。 曲线运动——经过的路线是曲线的运动叫做曲线运动。 例1、甲、乙、丙三人各驾一架直升飞机，从他们自己乘坐的飞机里往外看，甲看见丙的飞机匀速上升，乙看见甲的飞机匀速下降，丙看见楼房和乙的飞机都匀速上升，则这三架飞机相对于地面的运动情况是（） A．甲、乙匀速上升，丙匀速下降 B．甲、丙匀速下降，乙静止 C．甲、乙、丙均匀速下降 D．甲、乙、丙均匀速上升

六自由度机械手的坐标建立及运动学分析

第**卷第**期20**年*月 机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vo l.** No.* *** 20** DOI：10.3901/JME.20**.**.*** 六自由度机械手的坐标建立及运动学分析 摘要：从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆 运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。 因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。 最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。 关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄 The coordinates of six degrees of freedom manipulator and kinematics analysis is established WU Yanchao JIN Yuanxun ZHAO Xin LI Daohai SONG Ping MENG Ya ABSTRACT：T his article based on the analysis of kinematics to study the trajectory control problems, use of inverse kinematics of the complex mode of tracking movement of the feasibility and practicality. Through the establishment of the manipulator Cartesian coordinates, derived manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics of the equation solution on the basis of this establishment manipulator working space. And discuss their work space The flexibility and the possibility exists. So in another way to the six degrees of freedom series manipulator motion control the complex issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve, and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures designed trajectory design of complex programming tasks. And using MATLAB simulation of the track, compared with its actual calculation is correct. The final design through six degrees of freedom series manipulator track to achieve flat text, draw their design approach. That is, first of all use of teaching handle achieve trajectory default the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized coordinate programming. key words：Six degree-of-freedom manipulators，Cartesian coordinates， Equations of motion，Simulation， Demonstration handle

机械运动测试题目

第一章《机械运动》单元测试题 姓名：成绩： 一、单选题（每小题3分，共36分） 1、正常人平时步行的速度大约是（） A、1．2 m/s B、12 m/s C、1．2 cm/s D、1．2 km/s 2、坐在顺水漂流的船中的乘客，我们说他静止是以哪个物体为参照物的：（） A、河岸上的树 B、河水 C、迎面驶来的船 D、河岸 3、某学生在记录测量结果时忘记写单位，下列数据的单位是“厘米”的是：（） A、一支铅笔的直径是7.1 B、茶杯的高度是11.2 C、物理书的长度是2.52 D、他自己的身高是16.75 4、一著名运动员在100米赛跑中，起跑时速度是9m/s，中途的速度是7m/s，最后冲刺的速度是11m/s，如果他的成绩是10s，则他全程的平均速度是： A、7 m/s B、9 m/s C、10 m/s D、11 m/s 5、小轿车在笔直的高速公路上行驶，通过前一半路程的平均速度为30m/s，通过后一半路程的平均速度为20m/s，则小轿车通过全程的平均速度是 A、50m/s B、25m/s C、24m/s D、10m/s 6、在匀速直线运动中，下列关于公式v=S/t的说法中正确的是（） A、速度v与路程S成正比 B、速度v的大小与路程S、时间t都没有关系 C、当速度v一定时，路程S与时间t成反比 D、速度v与时间t成反比 7、做直线运动的物体，在开始5秒钟内通过5米的路程，接着静止5秒，再在5秒钟内通过10米的路程，物体在这15秒内的平均速度是（） A、1米/秒 B、15米/秒 C、米/秒 D、1.5米/秒 8、下列有关误差的说法中，正确的是（） A、多次测量取平均值可以减小误差 B、误差就是测量中产生的错误 C、只要认真测量，就可以避免误差 D、选用精密的测量仪器可以消除误差9、大海同学用一把刻度尺4次测量物理课本的宽度，下列记录数据中错误的是 A、18.77 cm B、18.76 cm C、18.74 cm D、18.89 cm 10、用刻度尺测物体的长度时，下列要求错误的是（） A、测量时，刻度尺不能歪斜 B、测量时，必须从刻度尺的零刻度线处量起 C、读数时，视线应与尺面垂直 D、记录测量结果时，必须在数字后面写上单位 11、下列说法中正确的是（） A、根据v=s/t可知，运动的路程越长，运动的速度越大 B、根据v=s/t可知，运动的时间越短，运动速度越大 C、物体在相等时间内，运动路程越长，运动的速度越大 D、物体通过相同的路程，所用的时间越短，运动的速度越大 12、小明为了测自己步行的速度，他从400 m跑道的起点从8时10分0秒开始记时，沿着跑道走一圈到终点（即起点），表针指到8时18分20秒，则小明的平均速度是（） A、1．25 m/s B、0．73 m/s C、0．67 m/s D、0．8 m/s 13、如果一个物体作匀速直线运动，4s内通过20m的路程，那么它前2s内的速度是（） A、20m/s B、 10m/s C、 5m/s D、无法确定 二、填空题（每空1分，共20分） 1、“地球同步卫星总是静止在地球某处的上空”，这是以_______为参照物的，若以太阳为参照物，这个卫星应是________的。 2、一个做匀速直线运动的物体在2 min内通过了300 m的路程，它运动的速度是：______ m/s，这个物体在前10 s经过的路程是：_______ m。 3、“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，前一句是以_ 为参照物；后一句是以____为参照物。 4、小明在体育毕业考试中，50m跑的成绩是8.0s，他跑步的平均速度是__ ___m/s；在4×100m 接力赛中，为保证交接棒顺利进行，交接棒时两运动员要力求做到相对_____ ___。 5、甲、乙两车做匀速直线运动，两车在相同时间内经过的路程之比是2∶1，则速度之比是______，若两车经过相同路程所用的时间之比是1∶2，则速度之比是______。 6、运动会上王老师为小红记录的百米赛跑成绩是15 s，由于指针没有回零，继续记录小明同学的