5、模块化串联机器人运动学：正向与逆向求解

模块化串联机器人运动学：正向与逆向求解

在机器人技术领域，运动学分析是理解和控制机器人运动的基础。模块化串联机器人因其可重构性和灵活性，在工业生产、物流、医疗等多个领域展现出巨大的应用潜力。本文将深入探讨模块化串联机器人的正向运动学和逆向运动学，包括关键参数的确定、算法原理以及实际应用案例。

1. 关节扭转坐标 ( s_j ) 的确定

在模块化串联机器人的运动学分析中，关节扭转坐标 ( s_j ) 是一个重要的参数，它表示关节 ( e_k ) 在坐标系 ( j ) 中的扭转坐标。由于 ( v_i ) 是 ( v_j ) 的祖先，根据装配规则，扭转 ( \hat{s} j ) 应指向 ( v_j ) 的连接插座，因此其方向与 ( p {jk} ) 相反。确定 ( s_j ) 的具体步骤如下：
1. 旋转关节 ：若 ( e_k ) 为旋转关节，则 ( s_j = (0, w_j)^T )，其中 ( w_j ) 是坐标系 ( j ) 中表示 ( (-p_{jk}) ) 的单位方向向量。
2. 移动关节 ：若 ( e_k ) 为移动关节，则 ( s_j = (\upsilon_j, 0)^T )，其中 ( \upsilon_j ) 是坐标系 ( j ) 中表示 ( (-p_{jk}) ) 的单位方向向量。
3. 固定关节 ：若 ( e_k ) 为固定关节，则 ( s_j = (0, 0)^T )。

示例 4.1

如图 4.2 所示，类型为 ( Lr1 ) 的连杆 ( v_i ) 和 ( v_j ) 通