坐标与位姿进阶

  • 构型空间,最小的参数设置,作为广义坐标描述系统中所有元件的位置
  • 火车只能沿着铁轨运动,用一个广义坐标描述即可。 两关节的机械手用两个广义坐标描述。 N个独立的广义坐标 <==> 系统有N个自由度。
  • 任务空间,是我们想要描述任务的一个空间,维度是高于构型空间的。 比如说,我们可以用二维平面来描述火车的位置,虽然火车只能沿着一维进行运动。

参考

正运动学

D-H

  • Revolute joint (αi, ai, di, θi), 旋转,θi就是旋转角度
  • Prismatic joint (αi, ai, di, θi), 平移,di就是平移的参数。

建系

参考

逆运动学

  • 工作空间: 运动学方程的解只能在工作空间中找到
  • 灵巧工作空间:末端能够从各个方向到达的区域
  • 可达工作空间:末端至少能从一个方向到达的区域

可解性

  • 最优解需要确定标准,比如最短行程,最低功率等等
  • 连杆非零参数越多,达到特定目标的方式就越多,解也越多。
  • 封闭解法(解析解):严格公式推导
  • 数值解法:简化方程,数值插值等计算离散化,没有那么准确。
  • 代数解法:
  • 几何解法

六自由度

所有包含转动和移动的串联六自由度均是可解的,但是一般是数值解。只有特殊情况,才有解析解。

参考

轨迹规划

joint space

  • 先由逆运动学求出关节状态,
  • 再对关节状态规划 smooth,
  • 再根据正运动学转换到末端验证可行性。

cartesian space

  • 直接对末端规划 smooth,
  • 根据逆运动学,求出关节状态
  • 检查关节状态可行性

优点:规划的轨迹更加有物理意义。 缺点:计算量大,逆运动学复杂。

可操作度

因为单纯的解只是数学上的,实际上很多时候在某些位置会处于奇异位形,失去自由度,为了衡量与奇异位形之间的距离,引入了可操作度。

参考:

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