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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Axure中文教程
Axure是一个可以快速制作网页原型并转换成HTML代码的软件,本教程详细的介绍了Axure的操作指导,推荐致力于网页制作的同学和工作人员使用!配置HTIL原型常规常规注注交分目的文件夹d:40011桌面M002选择一个生成Hm原型的输出目录匚生成一关闭3.生成完成后,会自动弹出一个浏览器窗口,打开生成的原型。9) Hone- mozilla Firefox食可节=国m1,∥/0/a0A面00无标题t可关闭框架B DHomePage 2D Page 3enter text左侧是所有页面的列表enter tex右侧是页面内容4.如果是正E浏览器为默认浏览器,选择”允许阻止内容”。a Untitled Document- microsoft Internet Explorer文件吧)编辑①查看0收藏④5)工具〔)帮助Q⊙团心户数☆收的,品园q自地址))D1201桌面0无标题 Start. html①为希助保护您的安全, Internet Explorer尸经阳时件能问绍的计算机的活动内容,单击允许阻止的内容()Close Frames有何风险)?信息栏帮助QomeB Page 1L Page 2B Page 3浏览器,选择“允许阻止内容。r0o3关闭用IE打开 Axure原型时的安全警告由于用 Axure生成的Htm原型带有 JavaScript脚本,用正在本地直接打开的话会出现安全警告。Untitled Document- microsoft Internet Explorer文件①)编辑①查看0收藏④)工具①)w助00⊙后⊙国团搜☆收的·品园变日地址):101桌面102无标题 Start. html①为帮助保护您的安全, Internet Explorer尸经阳性黑可的记你的计算机的活动内容,单击许阻止的内容④)Close Frames有何风险)?信息栏帮助Q回HomeBPageL Page 2正浏览器,选择“允许阻止内容。为了方便在高级设置里可以关闭这项安全警告。在IE选项一一高级一一安全区,找到允许活动内容在我的计算机上的文件中运行”,打上对勾点击应用”即可。详细设置位置可以见下图Internet选项常规1安全隐私内容连接程序高级设置()口启用集成 indows身份验证要重启动)使用ss2.0使用ssL3.0回活动内容在的计机的攻件中元一的活动内告在耸口允许运行或安装软件,即使签名无效口在安全和非安全模式之间转换时发出警告区重定向提交的表单时发出警告从地址栏中搜索搜时o不从地址栏中搜索显示结果,然后转到最柚近的站点只在主窗口中显示结果击还原默认设置0gL确定取消」应用如果使用的是谷歌浏览器,有一些交互效果可能体现不出来。需要安装一个 Axure RP For chrome演示扩展http://www.webppd.com/thread-2294-1-1.htmlr004把网格调整成5pX更有利于自动对齐axure的主编辑区有网格显示,可以辅助一些自动对齐的作用。把网络的间隔调整成5pX,更有利于内容的自动对齐。注意5px要手写输入,下拉选择里最小是10px。ce RP Pro5.6:授权予 IloveyouAxure查看①涯图①对象)来格()生成⑨共享(帮助(B自定义注解字段和视图(A)…管理页面注释①D管理变量(D活除所有注解重分配脚注号码(B重排所有连接线D网格对话框管理模块中增加的事件(5)式单位:像索网格问际标记模峡思显示屏幕网格标记图片映射区域(B用手写输入0x标记动态面板①D对齐到网格t1+t松G)关闭框图Ctrl+y祥式○直⊙交叉点入框DI设置⊙目○其它列表确定[取消:计::意框把编辑区的冈络调整成5px间隔,更有利于内容的自动对齐。L区r005认识一下 Axure的软件界面打开 Axure软件,照图先简单认识下 Axure的软件界面,无标是ApF56数权子1ym交件①①图对家粉①生惠(3共15帮动D工具栏L口e添加交互动作区正在编稱的页面,点这儿可关闭。自定义Descrption页面导航区添加页面上注度图·A如设置注样选项页面内容编阵区Target Rolea元件面板区和认带模块存放区事件事件晝整頁的文字注榉区真面入加、1自动保完虑r006页面导航区操作1.基本操作一试便知。站点地图中中段日HmePage 1Page 2Page 3基本操作一试便知2.重命名,直接按F2也可以重命名。合4中中应添加(A移动(M应删除①重命名(B动设计页面(E创建副本(cC图表类型(T生成流程图将路径放到脚贴板线框图给页面重命名技巧:选中页面直接按F2也可以重命名,F2是 Windows默认的重命名键。3.创建当前页或分支的副本。回deo- Axure RP Pro5.6:授权予 Iloveyou文件(P)编辑(E查看(y鱿框图()对象(表格〔T)生成站点地图Home区曾分9中中添加(A移动(M删除(D可以复制一份当前页内容重命名(B设计页面(E)创建副本〔c页面(P图表类型(T分支(E生成流程图将UR路径放到剪贴板可以复制一份当前整个分支页内容4.修改图表类型。de0- Axure RP Pro5.6:授权予 Iloveyou.xu文件①)编辑()查看(y)线框图()对象()表格(T生成(站点地图Home中中添加(A:移动(删除①D重命名(B设计页面(E∷:∷创建副本(c图表类型(T线框图生成流程图流程图(P将U路径放刭剪贴板修改类型之后,页面前的图标会有变化。一般在用于画流程图的页面中才修改页面的类型。5.把页面结构生成流程图。园Ao- Axure RPPr56:教权子Il9ym文件①E)线①D查看①)线相图①Y对象()表格生成G)共享①)帮助(D國气圆结点地图4中中之1g,poo ks加(6段班除①重命名(BHome设计贝面(g创本)agePage 2Page 1生成流程Page 2线相目Page 3可以把页面的结构生成流程图图片文本超接6.生成某个页面的URI地址。包de- Axure Pro5.6:授权千1 loveyouAxu文件(D)编辑①E)查看0D就框图(Y对象(Q)表格(T)生成()共享)帮期B四气呐世分移动nH: axure D idemo rp?pid=9336b0ae-1db6-481a-9a42-cf539949a37d像删除⑨重命名(B过设计页面(生成的以上地址可以在本机地址栏里打开,执行后是用 Axure打开对应页面进入编辑代态创津本g图表类型(T注意:整个地址中,任何位置出现中文,打开时将不能找到对应的页面。将师路径放到剪贴板就图此功能基本上没什么用,实际使用中极少用到。r0o7控件面板区一一组件库1. axure提供的默认组件,线框图和流程图。组件线框图所有库线框图流程图超链接Axure默认提供了最常的Web载入库控件,有线框图、流程图包建库(c)编辑库将按钮刷新库(R卸载库(DA表格输入框输入域还可以自己创建或载入库一些人制作和分享的组件库。2.组件库的扩展名为rpb,可以从网上下载获http://www.axure.com/widgetlibraries.aspx可以为你提供更多样式效果的组件。
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