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1、第9章 开式链机构9.1 开式链机构的特点及应用9.2 开式链机构的结构分析9.3 开式链机构的运动学9.1 开式链机构特点及应用 开式运动链中末端构件的运动与闭式运动链中任何构件的运动相比，更为任意和复杂多样。9.1.1 开式链机构的特点 开式运动链要成为有确定运动的机构，常要更多的原动机。9.1.1 开式链机构的特点机器人与传统自动机的区别:机器人：1.机器人的操作称为柔性自动化。2.机器人是一种灵活的、万能的、具有多目的用途的自动化系统。易于调整来完成各种不同的劳动作业和智能动作,其中包括在变化之中及没有事先说明的情况下的作业。传统自动机：1.传统自动机的操作称为固定自动化。2.由连杆机
2、构、凸轮机构等所组成的传统自动机用于完成单一的重复的作业。9.1.2 开式链机构的应用 利用开式运动链的特点，结合伺服操作和计算机的使用，开式链机构在各种机器人和机械手中得到了广泛的应用。铆接机器人 本田公司机器人 多操作器协调工作 9.2 开式链机构的结构分析9.2.1 操作器的组成 操作器是机器人的执行系统，是机器人握持工具或工件，完成各种运动和操作任务的机械局部。本节以机器人操作器为例，介绍开式链机构的组成和结构组成：机身、臂部、腕部和手部（末端执行器）等。操作器的白由度：等于操作器中各运动部件自由度的总和，F=f i。在确定操作器所有构件的位置时所必须给定的独立运动参数的数目。9.2.
3、2操作器的自由度 操作器的主运动链通常是一个装在固定机架上的开式运动链。操作器中的运动副仅包含单白由度的运动副转动关节和移动关节。操作器臂部的运动称为操作器的主运动，臂部各关节称为操作器的基本关节。9.2.2操作器的自由度1.臂部自由度组合直线运动回转运动9.2.2操作器的自由度1.臂部自由度组合直线及回转运动（1）直线及回转运动（2）9.2.2 操作器的自由度结论：为了使操作器手部能够到达空间任一指定位置，通用的空间机器人操作器臂部应至少具有3个自由度。为了使操作器手部能够到达平面任一指定位置，通用的平面机器人操作器得臂部应至少具有2个自由度。9.2.3 操作器的自由度腕部自由度：用来调整手
4、部在空间的状态 为了使手爪在平面中能取得任意要求的姿态，在通用的平面机器人操作器中，其腕部应至少有个转动关节。手部运动的自由度一般不计入操作器的自由度数目中。为了使手爪在空间能取得任意要求的姿态，在通用的空间机器人操作器中其腕部应至少有3个自由度。一般情况下，这3个关节为轴线互相垂直的转动关节。9.2.2 操作器的自由度结论：通用的空间机器人操作器的自由度大于等于6（位置3个、姿态3个），其中转动关节大于等于3。仅用移动关节不可能建立通用的空间或平面机器人。通用的平面机器人操作器的自由度大于等于3（位置2个、姿态1个），其中转动关节大于等于1。9.2.2操作器的自由度冗余自由度：操作器自由度数
5、大于6时，手爪可绕过障碍到达一定的位置特点：三个基本关节均为移动关节。运动图形：长方体 占据空间大，相应的工作范围小优点：结构简单，运动直观性强，便于实现高精度。9.2.3 操作器的结构分类1.直角坐标型（又称直移型）三个基本关节：移动关节2个，转动关节个运动图形：空心圆柱优点：运动直观性强，占据空间较小，结构紧凑，工作范圈大。缺点：受升降机构的限制，一般不能提升地面或较低位置的工件。9.2.3 操作器的结构分类2.圆柱坐标型（又称回转型）三个基本关节：移动关节个，转动关节2个。运动图形：空心球体优点：由于其具有俯仰白由度，能完成从地面提取工件的任务，工作范围扩大了。缺点：运动直现性差，结构较
6、复杂，臂端的位置误差会随臂的伸长而放大。9.2.3 操作器的结构分类3.球坐标型（又称俯仰型）三个基本关节为转动关节运动图形：球体优点：占据空间小，工作范围大，可绕过障碍物提取和运送工件。缺点：运动直观性差，驱动操作比较复杂。9.2.3 操作器的结构分类4.关节型（又称屈伸型）9.3 开式链机构的运动学9.3.1 研究的主要问题 正向运动学问题 反向运动学问题 工作空间 给定操作器的一组关节参数，确定其末端执行器的位置和姿态。9.3.1 研究的主要问题1）正向运动学问题可获得一组唯一确定的解。给出末端执行器的位置和姿态，求关节参数。9.3.1 研究的主要问题2）反向运动学问题 对于工作所要求的
7、末端执行器的一个给定位置和姿态，确定一组关节参数，使末端执行器到达给定的位置和姿态。解的存在性?多重解？在机器人运动过程中其操作器臂端所能到达的全部点所构成的空间，其形状和大小反映了一个机器人的工作能力。9.3.1 研究的主要问题3）工作空间可到达的工作空间：机器人末端执行器至少可在一个方位上能到达的空间范围。灵活的工作空间：机器人末端执行器在所有方位均能到达的空间范围。已知关节参数，求解位置和姿态坐标。9.3.2 平面两连杆关节型操作器1）正向运动学问题（1）位移分析姿态角：9.3.2 平面两连杆关节型操作器1）正向运动学问题（2）速度分析雅可比矩阵：9.3.2 平面两连杆关节型操作器2）反
8、向运动学问题已知各位置和速度参数，求关节参数。（1）位移分析9.3.2 平面两连杆关节型操作器2）反向运动学问题（1）位移分析9.3.2 平面两连杆关节型操作器2）反向运动学问题（2）速度分析当 或 时，不存在，此位置称为操作器的奇异位置。9.3.2 平面两连杆关节型操作器3）工作空间：可达到的工作空间 灵活的工作空间9.3.3 平面三连杆关节型操作器1）正向运动学问题（1）位移分析给定确定9.3.3 平面三连杆关节型操作器1）正向运动学问题（2）速度分析9.3.3 平面三连杆关节型操作器2）反向运动学问题（1）位移分析给定确定思路：将三连杆问题转化为两连杆问题求解！计算出 和 9.3.3 平
9、面三连杆关节型操作器2）反向运动学问题 一般情况下，选择使每个关节运动量最小的解。有障碍时，应防止与之碰撞。在存在多重解时，必须求出所有可能的解，然 后根据具体情况加以选择。解的选择原则：9.3.3 平面三连杆关节型操作器3）工作空间 对于关节型操作器而言，如果各连杆长度相等，而腕部连杆的长度设计的尽可能短的话，其工作空间的形状和尺寸则可以大大改善1.了解开式链机构的主要特点和功能；2.掌握开式链机构的组成、特点、应用场合；3.掌握平面关节型操作器正向和反向运动学分析的基本思路和方法。本章基本要求：谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH