OpenCV相机姿态更新

整理出了如下几个计算六轴机械臂正解和逆解的关键点：01_机器人坐标系和关节的说明02_算法坐标系的建立03_D-H参数表的建立04_FK（正解）算法05_Matlab辅助计算FK（正解）06_IK（逆解）算法07_Matlab辅助计算IK（逆解）文档中针对FK以及IK算法的推导均有详细的推导过程。希望各位能根据推导过程写出自己的代码。图1针对机器人的关节坐标系,我们还需要规定各个关节的转动方向,如下图所示,我们依次描叙了各个关节的正负方向。在关节坐标系下,机器人各个关节的转动方向,必须和下图相符图22.机器人直角坐标系目前所说的直角坐标系是机器人的工具坐标系,如下图所示,因为该机器人没有安装执行末端,所以,工具坐标系原点在第六轴末端法兰中心处,红色箭头是Ⅹ轴,蓝色箭头是乙轴,根据右手定则确定Y轴方向@图3基坐标系所在的位置是定义机器人基座的位置,如上图所示,坐标系原点在第一关节的中心处,红色箭头所示为Ⅹ轴,蓝色箭头所示为乙轴,根据右手定则,即可确定Y轴的方向。具体如上图旁边那个坐标系所示。当我们说六轴机械臂位姿时,说的是六轴机械臂末端的位姿,该位姿包括六个参数,分别为Ⅹ YZABC。六轴机械臂未端的位姿是以基坐标系作为参考坐标系的:笛卡尔坐标系的Ⅹ轴,Ⅹ轴距离Y:笛卡尔坐标系的Y轴,Y轴距离Z:笛卡尔坐标系的Z轴,z轴距离A:XY-Z固定角坐标系下的偏转角B:X-Y-Z固定角坐标系下的俯仰角C:XY-Z固定角坐标系下的回转角ZA2呈Ax图如上图所示,A对应第一个坐标系中的γ,B对应第二个坐标系中的β,C对应第三个坐标系中的Q。为什么我们需要花费专门的一节来讲解六轴机器人的坐标系和关节?因为我们后续要学习的FK和就是以这个为基础的。FK是已知六轴机械臂在关节坐标系下各个关节转动的角度,然后求解直角坐标系下的Ⅹ YZABOK是已知六轴杋械臂在直角坐标系下的 XYZABO,然后求解关节坐标系下各个关节转动的角度二.算法坐标系的建立为了得出D-H参数表,我们首先需要针对六轴机器人的各个关节建立坐标系,在固定的坐标系下,才能最终得出连杆之间的变换关系,从而建立D-H参数表。82个2算法坐标系确定的通用方法如下1)坐标系的Z轴,与各个关节的旋转中心轴线重合2)坐标系的X轴,与沿着相邻两个z轴的公垂线重合3〕坐标系的Y轴,可以通过右手定则来确定当相邻两个z轴相交时,确定坐标系的方法如下1)坐标系的Y轴,沿着第一个Z轴与下一个z轴相交的延长线为Y轴2)坐标系的Ⅹ轴,通过右手定则确定当相邻两个Z轴平行时,确定坐标系的方法如下1)坐标系Ⅹ轴,相邻两个乙轴平行,做两个乙轴的公垂线,相交于下一个z轴为Ⅹ轴,方向为第一个Z轴到下一个Z轴的方向2)坐标系Y轴,通过右手定则确定三.D-H参数表的建立D-H参数表,实际上是相邻各个关节坐标的变换关系表,根据之前针对各个关节所建立的丛标系,按照如下四条变换规则,即可得到D-H参数表。变换规则1)绕Z轴,旋转9n+1n与Xn+1平行(方向一致))沿Zn轴,平移与Xn+1共线3)沿Xn轴,平移aAn与Xn+1原点重4)将Zn绕Xn+1轴,旋转αn+1Zn与Zn+1共线建立D-H参数表的详细步骤第一步,从第一关节到第二关节之间的变换绕z轴,旋转0度,让X0与X1平行且方向一致沿z轴,平移242,让Ⅺ0与X1共线沿Ⅺ轴,平移0,Ⅺ与X1原点重合将石绕X1轴,旋转90度,Z0与z1共线第二步,从第二关节到第三关节之前的交化绕z1轴,旋转90度,让X1与X2平行且方向一致沿Z1轴,平移0,让X1与X2共线沿X1轴,平移225,X1与X2原点重合将Z1绕X2轴,旋转0度,Z1与Z2共线第三步:从第三关节到第四关节之间的交换绕z2轴,旋转0度,让X2与X3平行且方向一致沿Z2轴,平移0,让Ⅹ2与X3共线沿X2轴,平移0,X2与X3原点重合将Z2绕X3轴,旋转90度,Z2与z3共线第四步:从第四关节到第五关节之间的变换绕z3轴,旋转0度让X3与X4平行且方向一致沿3轴,平移22886,让X3与X4共线沿3轴,平移0,X3与X4原点重合将Z3绕X1轴,旋转90度,Z3与Z1共线第五步:从第五关节到第六关节之间的变换绕Z4轴,旋转90度,让X4与X5平行且方向一致沿Z4轴,平移0,让X4与X共线沿X轴,平移0,X1与K5原点重合将Z4绕X5轴,旋转90度,Z4与z共线第六步:从第六关节到未端之间的变换绕z轴,旋转0度,让X5与X6平行且方向一致沿z轴,平移-50,让X5与X6共线沿X轴,平移0,X5与K6原点重合将z绕X轴,旋转0度,Z5与z6共线根据上图所示机械臂的尺寸参数以及以上六个步骤的变换,D-H参数表如下所示420901-202253-4228.864-5900900-500四.正解(FK)算法根据连杆变换规贝T=R(Z, B1*T(Z, di)*T(X, ai)*R(X, ai)6;00因为R(Z06:00100000aT(Z,a1)=00001000011000T(xa10100001d0001000 caROX. a)= osa oa;0001根据以上矩阵变换,可以得到如下连杆变换的通用矩阵如下Bi -se, ca s0,sa, a,c61s0 ce:cad sa asa0 saca d00根据以上连杆变换的通用矩阵和之前的D-H参数表,可以得到如下δ个连杆变换矩阵e10s61^0S0 0T6100102420001s20-22S620225c62000001620s60b203001000040s日4000c0 0010228.860001s50c650C650s650000006-s6006000C001-40FK算法需要解决的问题是:已知各个关节的转动角度,需要求出末端的位姿。已知:(61,2,θ3,θ4,θs,θ6求解:(X,Y,乙,A,B,C)计算公式如下所示13机器末端的位姿矩阵为72272313273300011722723py07*1T2T*37*4T5Tp000在以上的推导过程中,、T、2、37、4、7分别为相对于01、02、63、64、6s、的已知量。由此可以求解出位置变量(pPP)以及姿态变量a1T2723五. Matlab辅助计算正解(FK)根据上一章,我们有如下结论10s10100102420001s2-c620-225s6CS20225C60010

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系统的介绍了包络分析在实际中的应用，介绍了matlab进行包络分析的方法，并附有源程序供科研人员学习这是一个分式规划问题。若令则()可化为等价的线性规划问题:线性规划()的解和称为的最佳权向量,它们是使的效率值达到最大值的权向量。注意:作为线性规划的解,和不是唯一的义()若线性规划()的解满足:,则称为弱有效的;()若线性规划()的解中存在解并且则称为有效的。为了便于检验的有效性,一般考虑()的对偶模型的等式形式(带有松弛变量目具有非阿基米德无穷小)∑∑其中是项输入的松弛变量是项输出的松弛变量;是个的组合系数;;是个很小的止数(般取)。定理设线性规划(的最优解为则()若为弱有效()的;()若且则为有效()的程序由上一节知,要计算一个的相对效率值并讨论其(弱)有效性,须解一个线性规划若要计算所有的相对效率值,则须解个线性规划,其计算量比较大,一般须利用计算机进行计算。我们利用数学软件编写了解模型()和(的程序,比较方便地解决了的计算量大和计算复杂的问题是由公司用语言编写的著名的工程数学应用软件。它自牛推向市场以来,历经十几年的发展和竞争,现已成为国际认可的最优化的科技应用软件。目前,口经成为世界上诸多科技领域的基本应用软件。在国内、外的很多高等院校和科研机构已经十分普及。熟练地运用已成为晑校师生及科研人员的基本技能强大的矩阵运算能力和方便、直观的编程功能是我们选择它作为编写应用程序的原因。诚然,或是解线性规划问题的专业软件,但它们缺乏方便的编程功能和矩阵输入功能,在解一系列线性规划时,它们不如方便。此外,它们的普及程度远不如因此,我们认为是编写应用程序的最佳软件之一。所解的线性规划的标准形式是板小化问题:其中,是变量,是目标函数的系数向量,是不等式约枣的系数矩阵,是等式约束的系数矩阵,和分别是变量的下界和上界解线性规划()的语句为如果要解极大化问题,只须解极小化问题卜面,我们给出模型和(的程序。程序模型的程序)用户输入多指标输入矩阵用户输入多指标输出矩阵解线性规划,得的最佳权向量求出的相对效率值输出最佳权向量输出相对效率值输出投入权向量输出产出权向量程序模型(的程序)用户输入多指标输入矩阵用户输入多指标输出矩阵定义非阿基米德无穷小解线性规划,得的最佳权向量输出最佳权向量输出输出输出输出以上两个程序十分便于使用。用户只须输入多指标输入矩阵和输出矩阵,目可得到所需的结果。程序的应用设有某大学的同类型的五个系在一学年内的投入和产出的数据如下投教职工(人)教职工工资(万元)入运转经费(万元)毕业的本科生:(人)毕业的研究生(人)出发表的论文(篇)完成的科研项目(项)其中,运转经费指一学年內维持该系正常运转的各和费用,如行政小公费、图书资料费、差旅费等等。由程序,得到各系的相对效率值:以及各项投入和产出的权向量中定义,和至少是弱有效的和是非弱有效的。为了确认和的有效性并分析和非有效的原因,须利用模型(。由程序,得本问题的解:由以上解可看出:和的解中且松弛变量故由定理知,这几个系是相对有效的。和的非有效性也可以在以上解中看得一清二楚。以为例,根据有效性的经济意义,在不减少各项输出的前提下,构造一个新的投入的投入按比例减少到原投入的)倍,)并且(由非零的松弛变量可知)还可以进一步减少教职工工资万元、减少运转费用万元、多培养本科生人多完成项科研项目。对的非有效性可作类似的经济解释。结束语本文利用数学软件编写了便于使用的的计算程序,使计算量大和计算复杂的问题得到较好的解决。本文只对的模型进行了讨论。对于的另一个重要模型一模型,只须在模型(。中增加约東条件∑A,程序作相应的修攻即可。本文的程序为的理论研究和实际应用提供了方便、快捷的计算工具。参考文献:魏权龄评价相对有效性的方法北京:中国人民大学出版社盛旧瀚等里论、方法与应用北京:科学出版社,许波,刘征工程数学应用北京:清华大学出版社,

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