六轴机械臂正解（FK）和逆解（IK）算法
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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匀速直线运动模糊图像复原的改进算法
一篇很好的关于模糊图像复原的论文，含详细需要的函数，讲解清楚易懂。闫永存,等匀速直线运动模糊图像复原的改进算法级的概率密度函数P(s)如下式所示:P(s)=P(rdr(6)8对于连续图像,当直方图均衡化(并归一化)后有P(s)即ds=p (r)dr =dT(r)3两边取积分得x=7(=P)h(8)式(8)就是所求的变换函数对于离散图像,假定数字图像中的总像索为N,灰度级总图3最优窗法区域分布图数为L,第k个灰度级的值为r,图像中具有灰度级r的像素Fig 3 Areal distribution of optimal window method数目为n,则该图像中灰度级n的像素出现的概率为取值范围为V-P+1,V1-11;在水平方向上,区域1、2、3的横P(r)="O≤r≤1;h=0,1,…(9)坐标取值范围1O,P1-2],区域4.8、9的横坐标取值范围为P3-1,V1-P3m,区域5、67的横坐标取值范围为[V1-Psn+对其进行均匀化处理的变换函数为:VL-11在图3中,每一个区域都有各白独立的边界,即各个S=7(r)=∑P(n)=2N子窗区域的尺寸不一定相同(10)最优窗计算公式为利用式(10)对图像做灰度变换,即可得到直方图均衡化后的图像。∑∑h(p,g)∑∑h(p.q)∑∑(p,q)D=O 0该方法可以将滤除高频噪声,提高有用信号的嗝度,增加∑h(p∑∑h(P)(12)对比度,同时缩小叠加噪声信号的动态范围,抑制振铃效应有效的结合起来,高文硕等证明了这一点。但不能完全去除振220)2A)铃效应,因此文中在滤波前用最优窗法对图像进行处理最优窗对模樹图像的边界进行加杈处理,以致像素值向3.4最优窗法外逐步过渡到零,其目的是待处理图像的边界结合处不会出在恢复图像过程中,由于图像边缘的像素没有足够的相现灰度的跳变,振铃效应因此得到抑制。邻像素可以利川,所以会导致恢复图像的边缘变差,并且整幅图像有明暗相间的条纹,即振铃效应。为了解决这个问题,早4实验结果及分析期学者常采用边界修正法,但效果不够令人满意。 Aghasi在1996年提出循环边界法,其缺点是图像尺寸变为原来的4文中通过实验验证了改进算法的可行性和有效性,以sadhna模糊图像的复原为例,图4(a)是原始图像,对其进行倍,运算量增加很多。基于循坼边界法的缺点, Bimetal提出了对二维模糊图像四进行恢复的最优窗。其具体实胞过程为:模糊加噪运算,模糊角度为53°,模糊长度为45,高斯噪声为0.0l图4(b)是降质后的模糊图像,采用本文算法估计岀的模恢复窗a,k将图像平面分成9个区域,每个区域编号如图3糊方向为51°,模糊长度为46,图4(c)是普通维纳滤波复原所示。标号为9的中央区域o:=1。图像,图4(d)是人工调整参数为真实值的复原结果。利用本区域1,8、7的纵坐标取值范围为[0,P-2],区城2,6、9文的改进算法得到的复原结果如图4()所示。实验结果如图的纵坐标取值范围为P-1,V4-P,区域3、4.5的纵坐标4所示。(a)原始图像(b)模糠图象(c)普通维纳波复原图象d)取冥际参数值的复原图像(e)太文算法的复原图(a)original image(t)blurred image (c)restored image of ordinary (d)res tored image fcr the (e)restored image ofiner filteringactua l )arameter valles algorithm in this pa per图4运动模糊图像及复原结杲Fig. 4 Motion blurred images and results of restoration147C1994-2012ChinaAcademicJournalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrescrvcd.http://www.cnki.net电子设计工程》2012年第3期出实验结果可知,方向徵分法可以很人程度地提高模糊2005,10(5):590-595角度的估计准确性,利用自相关函效负尖峰值可以较准确地「31贺卫国,黎绍发,匀速直线运动模糊长度的精硝估计[鉴别出模糊长度,从而可以提高图像还原质量。最优窗法对振计算机应用,2005,25(6):1316-1320铃效应可以有较好的抑制作用,最后得到了复原效果较为理HIE Wei-guo, LI Shao-fa. Estimating the blurring length of想的图像。uniform linearmotion blurred images[J]. Computer Applications5结束语2005,25(6:1316-1320[4]吴振字.模糊图像复原方法研究[D]长沙:国防科学技术文中对运动模糊图像的退化模型、维纳滤波复原原理、点大学,2009扩散函数的求取过程选行了详细削述,提出了一种改进的模[5]高文硕.郊伟伟,杨磊运动模糊图像复原技术的改进算法糊图像复原算法,并对振铃效应进行处理,以 sadhna图像的中国传媒大学学报自然科学版,2010,7(1):72-76复原为例进行了实验验证结果表明,文中方法可以较准确地GAO Wen-shuo, ZHENG Wei-wei, YANG Lei. Improved估计出运动模糊参数,并且提高了运算速度,振铃效应得到有algorithm for restoration of the imagemotion blur IJ]. Journal效抑制。of Communication L niversity of China Science and Technology参考文献2010,17(1):72-76[1] Cannon M. Blind deconvolution of spatially invariant image [ 6] Aghdasi F, Ward R K. Reduction of boundary artifacts inblurs with phase [ J]. IEEE Trans on Acoustics, Speech andimage restoration[J]. IEEE Trans. Image. Proc. 1996. 5(4)signal Processing, 1976(24): 58-63611-6182]陈前荣,陆启生,成礼智,基于方向微分的迈动模糊方向鬥叶海.基于统计特征加权的模糊聚类方法及其应用鉴别!中国图象图形学报,2005,10(5):590-595现代电子技术,2009(1299-102chen Qiall-rong, LU Qi-sheng, CHENG Li-zhi. IdentificalionYE Hai-jun. Fuzzy clustering method and its applicationof motion blur direction from motion blurred image bybased on statistical characteristics weighting [J]. Moderndirection derivation method [J Journal of Image and GraphicsElectronics Technique, 2009(12): 99-102具ⅢP2优化和DC偏移消除的宽带丨/Q解调器可改善接收器性能加利福尼亚州米尔皮塔斯( MILPITAS,CA)推出超宽带宽直接转換lQ解调器LIC∶5S35,该件具卓越的线性性能(在1.95GIlκ时,ⅢP3-25.7dBm,IP2-60dBm)。LTC585能提供超过530MILz的基带输岀解调带宽,可满足新-代霓带LTE多模式接收器和毅宇预失真(DPD)接收器的带宽需。Q解调器在700WHx至3GHz的宽频率范围内二作,几乎覆盖了所有蜂窝基站频毁。这款器伫的独狩之处是两个内置的校准功能。其一是允许系统设计人员优化接收器IP2性能的高级也路以60dBm标称值提升至前所未有的80dBm或更高。另一个则是用于消除I和Q输出端上的DC偏移电压的片内电路。这两个功能电路均起到了増强接收嚣性能的作用。此外,LTC5585还可提供超卓的16 dBm pldB。为了进一步加强该器件在直接转换接收器应用中的使用,LTC5585捉供非常低的IQ幅度和相位失配ε幅度失配的典型值是0.05dB,而相位误差的典型值是0.7度,两个数值都是在1.95GHz频率上测得的。这两者的结合产生了一个43dB的接收器镜頰抑制能力。因为LTC5585能湜供非常宽的带宽,所以尢其适用于多模式LTE、 W-CDMA和TD- SCDMA基站DPD接收器以及于主收器的应門。尤其是对;DPD,这些最新一代基站正在将解调带宽推进到超过300MHz。LTC5585可以非常方便地配置应对这些带宽的挑战。除了无线基础设施应用,LrC5585还适用于军用接收器、宽蒂通信、点对点微波数据链路、镜频抑制接收器和长距离RFID阅读器。LTC5585内置了一个RF变压器以减少外部组件,再加上24引线4mm×4 mm QFN封装,因而可提供高度紧凑的解决方案。该器件规格在_40-105℃C的外壳工作温度范围。LTC585用单—5Ⅴ电源供电,吸取200mA的总电源电流。该器件提供数竽输λ以启用或停用该芯片。当俘用时,该IC吸取的典型溻电流为11μA。解调器的200ms快谜接通时间和800rs断开时间使该器件能在突发模弌接收器中使用。咨询编号:2012031009心·心;心·心,心·心普心心心·心·心心·心分·心心···心·心心心心·心·心心·心欢迎订阅2012年度《电子设计工程》(半月刊)国内邮发代号:52-142国际发行代号:M2996订价:15.00元/期360.00元/年148C1994-2012ChinaAcademicJournalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrescrvcd.http://www.cnki.net
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