机构学和机器人学
机器人机构学【ch04】串联机器人机构拓扑结构特征与综合 培训教学课件
串联机器人机构拓扑结构特征
4)同一连杆上两运动副轴线相交于 一点，两者共用“⌒”表示。
5)若干个P副平行于同一平面，用 (-P-P-…-P-)表示。
“
6)同一连杆上两运动副轴线垂直，两者之间用“⊥”表示。
i(扭角)：两相邻运动副轴线之间的夹角，即按右手坐标 系，绕xi轴线由zi到zi+1的转角。
串联机器人机构拓扑结构特征
1)两运动副轴线重合，即 αi=0，ai=0。
2)两运动副轴线平行，即 αi=0，ai≠0。
上述机器人连 杆的关节运动 副可特殊配置
如下：
3)两运动副轴线相交于一 点，即αi≠0，ai=0。
”
串联机器人机构拓扑结构特征
串联机器人机构的活动度公式
串联机器人机构的活动度公式为
m
F fi i1
式中，F为机构活动度；m为机构运动副数；fi为第i个运动副自由度数。
串联机器人机构拓扑结构特征
串联机器人机构运动输出特征矩阵
串联机器人机构的位移输出与速度输出
串联机器人机构的位移输出是末端连杆的位置与方向(位姿)，为机构运动输入的函数。串
串联机器人机构运动输出特征方程
4)相互平行(重合)的两个转动必相关， 只对应一个独立转动输出。
5)平行于同一平面的三个转动必 相关。
“ 6)不平行于同一平面的四个转动必相关，三维空间内最多有三个独立的转动输出。 ”
03
串联机器人机构运动 输出特征矩阵运算
串联机器人机构运动输出特征矩阵运算 运动输出特征矩阵运算规则
步骤1 选定单开链的运动 输出特征矩阵MS。
机器人机构学【ch07】3T-0R并联机器人机构拓扑结构综合与分类 培训教学课件
支路结构类型与支路组合
例如，表7-1中SOC栏第二列所给出的7种类型。
支路结构类型与支路组合
混合单开链支路结构类型
根据表6-1选定4种两支路并联机器人机构，如图7-1所示。
支路结构类型与支路组合
支路组合方案 基于并联机器人机构支路数目、主动副位置，同时考虑到并联机器人机构对 称性、SOC支路与HSOC支路结构特点和运动输出特征，由表7-1所示的支 路类型可设计很多组合方案，均可获得3T-0R并联机器人机构，这里仅列出 部分组合方案。
表7-2中No.22～No.24等并联机器人机构。该类机构在装配时，应满足ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ持瞬时运动
特性不变的条件。然而，制造与装配误差总会存在，故其运动敏感性较强。
”
谢谢观看
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
图7-9所示的3T-0R并联机器人机构。根据主动副判定准则，该并联机器人机构同一平台上的3个P副可 同时为主动副。
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
基于改变支路运动副次序或方向的类型扩展：图7-10所示的两种混合单开链支路运动输出特征等效， 其区别仅在于4R平行四边形回路在支路中位置不同。
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类
3T-0R并联机器人机构拓扑结构类型及其分类 基于等效支路的完全取代扩展
① SOC{I-B(1)}，即SOC{-H//H//H//H-}。
② HSOC{I-B(1)}，即HSOC{-R(-P(4R))//R//P-}。
机构学与机器人学的几何基础与旋量代数
机构学与机器人学的几何基础和旋量代数是它们的重要组成部分。
几何学为机构学和机器人学提供了基本的空间建模和运动分析方法，因此是机构学和机器人学中不可或缺的学科。
在几何学中，三维空间中的物体可以用位置向量、旋转矩阵和其他几何变换来描述。
旋量代数是一种用于表示旋转和运动的数学方法，广泛应用于机构学和机器人学。
在旋量代数中，旋转可以用旋量来表示，这种表示方法具有许多优秀的性质，如运算的简洁性和不变性。
因此，几何学和旋量代数对于理解机构学和机器人学中的空间建模和运动分析是非常重要的。
这些概念在机构学和机器人学中都有广泛的应用，因此掌握这些知识对于研究和应用机构学和机器人学是非常必要的。
机器人技术-Ch3 机器人机构学1
机器人以履带行走(复杂地面)
以腿轮结合实现越障功能
43
3.
灵巧手
– 空间局限 – 运动复杂、自由度多 – 安全因素
• 特点
• 关键技术
– – – – 机构 材料 传感器 控制
44
小结
1. 基本概念 自由度、运动链、串联、并联、工作空间 2. 自由度布置 工业机器人四种坐标结构 3. 腿结构型式 运动方式 4. 灵巧手
22
2.1.2 圆柱和球坐标型机器人
圆柱坐标型机器人Versatran
球坐标型机器人Unimate
23
2.1.2 圆柱和球坐标型机器人
• 布置形式
– 圆柱坐标型机器人是由一个回转和两个平移的自由度 组合构成； – 球坐标型机器人是由回转、旋转、平移自由度组合构 成。
• 特点
– 这两种机器人由于具有中心回转自由度，所以都有较 大的动作范围，其坐标计算也比较简单。
–静平台 –动平台
9
1.1 运动链
• 机构的表达——机构简图 • 常用机构符号
构 件 移 动 副 杆件 机座 手部执行器
转 动 副
常见构件和运动副符号
11
例：绘制图示球坐标式机器人的机构运动简图。
实物图
机构简图
1.2 自由度(Degree of Freedom - DOF)
• • • • 空间自由度 刚体自由度 机构自由度 机器人自由度
7
1.1 运动链
• 开链 运动链严格包含两个 连杆作为其终端，它 们只与其它一个连杆 相连接。 • 闭链 运动链中，任何一个 连杆都与其它两个 （或以上）连杆相连。
8
1.1 运动链
• 串联 连杆首尾相接，每个 连杆最多与其它两个 连杆连接。
机器人工程专业介绍
机器人工程专业介绍机器人工程是一门涵盖机械工程、电子工程、计算机科学和控制理论等多个领域知识的综合性学科。
它致力于设计、制造和控制自动化机器人系统，为现代工业、农业、医疗和服务领域提供智能化解决方案。
本文将从机器人工程专业的背景和发展、专业课程设置和就业前景来介绍这一专业。
一、机器人工程专业背景与发展随着工业4.0和人工智能的快速发展，机器人在工业生产、服务领域的应用愈发广泛。
机器人工程专业应运而生，成为全球高等教育领域的重要专业之一。
机器人工程专业一般包括机器人系统与控制、机构学与机械设计、电气与电子技术、计算机科学与智能控制等核心学科。
学生在学习过程中，需要通过理论与实践相结合的方式，掌握机器人的结构设计、运动控制、传感器应用、人机交互技术等基础知识和技能。
目前，机器人工程专业在全球范围内的相关课程设置和研究机构日益完善。
许多知名大学和科研机构设立了机器人实验室，并开展了相关研究。
同时，机器人工程专业也积极引入先进的人才培养模式，包括跨学科综合培养、产学研结合等，旨在培养具备全面素质和创新能力的机器人专业人才。
二、机器人工程专业课程设置机器人工程专业的课程设置主要分为基础课程和专业课程两个方面。
1. 基础课程基础课程包括数学、物理、计算机编程等内容，为学生打下坚实的理论基础。
这些课程旨在培养学生的数理思维能力和计算机应用能力，为后续的专业学习打下坚实的基础。
2. 专业课程专业课程包括机器人学、机构学与机械设计、自动控制理论、传感器技术、人机交互等内容。
这些课程涵盖了机器人工程专业的核心知识，通过理论与实践相结合的教学方法，学生可以掌握机器人的结构设计与控制、感知与决策、人机交互等技术。
除了专业课程之外，还有一些选修课程供学生选择，如计算机视觉、机器学习、自主导航等。
这些选修课程可以帮助学生深入了解机器人领域的前沿技术和发展趋势。
三、机器人工程专业的就业前景机器人工程专业毕业生的就业前景广阔。
机构学和机器人学PPT文档共45页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
5 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
机构学和机器人学4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
机构学和机器人学1空间机构的基础知识
§1-2 空间机构的结构综合
1、单自由度平面机构的结构综合
研究一定数量的构件和运动副可以组成多少机构型 式的综合过程。实质是排列与组合的数学问题。可利用 图论和矩阵工具研究。
单自由度的低副机构是由具有4个自由度的运动链 所组成，自由度为4的运动链应满足下列关系：
(1) n2=4, n3=4 (2) n2=5, n3=2, n4=1 (3) n2=6, n4=2
而成的系统。 闭式链——组成一个或多个封闭形的运动链。 开链——不可组成封闭形的运动链。
简单运动链——运动链中可出现与其它三 个构件相连的构件时。如图a、b、c，否则 称为复杂运动链，如图d。
运动链的自由度——独立相对运动的个数 或各构件相互位置变化所需自由参数（广 义坐标）的个数。例如上图a四个运动参数 θ1、θ2、θ3、θ4中只有一个自由参数（如 θ1）F=1，上图b三个运动参数θ1、θ2、θ3 均为自由参数，F=3。
3、空间单封闭形单自由 度机构的结构综合
1）当λ=6，如表综合可 得12种类型433种机构。
2）综合四杆单封闭形机 构，可得3种类型138 种机构。其中9种具有 特殊实用价值。
3）构成闭合约束数小于 6的机构时，组成条件 需要严格遵守，否则 可能出现不能运动的 刚架。
还有特殊的三类： R-R-R-R R-S-S-R R-C-C-R
Ⅴ级副——约束度为（5－m）
Ⅳ级副——约束度为（4－m）
……
当m=0（零族机构）即可加任何公共约束， 机构自由度计算公式用（1－1）。
m=1（一族机构）不可能 P2 （1－4）
m=2（二族机构）不可能存在Ⅰ、Ⅱ级副
F 4n 3P5 2P4 P3 （1－5）
F 6n 5P5 4P4 3P3 2P2 P1 （1－1）
机构学与机器人动力学分析
机构学与机器人动力学分析随着现代工业的发展，机器人已成为自动化制造过程的一部分。
机器人不仅能够提高生产效率，还能够减少人力资源的需求以及生产中潜在的安全风险。
然而，机器人的设计和制造并不容易。
在机器人设计过程中，机构学和机器人动力学分析是两个十分重要的领域。
机构学是研究机构的运动和力学属性的分支学科。
机构是由多个零部件组成的系统，通过这些零部件的相互连接和相对运动来实现特定的运动。
在机器人中，机构是机器人的框架和机构间连接系统的总称。
机构学可以帮助工程师设计出更加可靠和高效的机构系统，从而提高机器人的运动精度和运动速度。
机器人动力学是探究机器人在不同动力学条件下的运动状态和行为的研究。
机器人动力学是机器人控制系统中的关键因素。
通过对机器人动力学的分析，机器人的精细控制和运动可以进一步发展，从而使其能够更好地适应其工作环境和应用场景。
机器人动力学的分析包括机器人的运动和反应时间、力和力矩等。
机器人的设计、制造和运动控制都需要机构学和机器人动力学的知识。
机器人的运动控制需要计算机程序来控制机器人的动作，这就需要工程师对机构学和机器人动力学的知识有深入的理解。
当机器人接收到指令后，它必须能够快速准确地完成特定的运动。
这就要求机器人的机构和动力学系统必须能够对外界条件做出反应，并保持平衡和稳定。
机器人的运动控制必须要能够持续准确地响应外界干扰，这就需要机器人的机构和动力学系统具有高度的鲁棒性，能够承受外界的各种变化和影响。
如果机器人的鲁棒性比较弱，它在遇到外界干扰时就会产生较大的姿态误差和失控风险。
机器人的动作也需要考虑终端执行器和控制系统的响应时间。
如果机器人的执行器和控制系统响应时间较长，机器人就会响应不及时，产生慢反应的现象。
在制造过程中，这样的现象会导致生产率下降，甚至会对生产设备的安全性产生风险。
总之，机器人的设计和制造是一个复杂而繁琐的过程。
机构学和机器人动力学的知识是机器人设计和制造过程中的关键因素，它们对机器人的有效性和性能产生了巨大的影响。
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