28机器人正运动学方程的DH表示法
在1955年,De
avit和Harte
berg在“ASMEJour
alofAppliedMecha
ics”发表了一篇论文,后来利用这篇论文来对机器人进行表示和建模,并导出了它们的运动方程,这已成为表示机器人和对机器人运动进行建模的标准方法,所以必须学习这部分内容。De
avitHarte
bergDH模型表示了对机器人连杆和关节进行建模的一种非常简单的方法,可用于任何机器人构型,而不管机器人的结构顺序和复杂程度如何。它也可用于表示已经讨论过的在任何坐标中的变换,例如直角坐标、圆柱坐标、球坐标、欧拉角坐标及RPY坐标等。另外,它也可以用于表示全旋转的链式机器人、SCARA机器人或任何可能的关节和连杆组合。尽管采用前面的方法对机器人直接建模会更快、更直接,但DH表示法有其附加的好处,使用它已经开发了许多技术,例如,雅克比矩阵的计算和力分析等。
假设机器人由一系列关节和连杆组成。这些关节可能是滑动(线性)的或旋转(转动)的,它们可以按任意的顺序放置并处于任意的平面。连杆也可以是任意的长度(包括零),它可能被弯曲或扭曲,也可能位于任意平面上。所以任何一组关节和连杆都可以构成一个我们想要建模和表示的机器人。
为此,需要给每个关节指定一个参考坐标系,然后,确定从一个关节到下一个关节(一个坐标系到下一个坐标系)来进行变换的步骤。如果将从基座到第一个关节,再从第一个关节到第二个关节直至到最后一个关节的所有变换结合起来,就得到了机器人的总变换矩阵。在下一节,将根据DH表示法确定一个一般步骤来为每个关节指定参考坐标系,然后确定如何实现任意两个相邻坐标系之间的变换,最后写出机器人的总变换矩阵。
f图225通用关节连杆组合的DH表示
假设一个机器人由任意多的连杆和关节以任意形式构成。图225表示了三个顺序的关节和两个连杆。虽然这些关节和连杆并不一定与任何实际机器人的关节
f或连杆相似,但是他们非常常见,且能很容易地表示实际机器人的任何关节。这些关节可能是旋转的、滑动的、或两者都有。尽管在实际情况下,机器人的关节通常只有一个自由度,但图225中的关节可以表示一个或两个自由度。
图225(a)表示了三个关节,每个关节都是可以转动或平移的。第一个关节指定为关节
,第二个关节为关节
1,第三个关节为关节
2。在这些关节的前后可能还有其他关节。连杆也是如此表示,连杆
位于关节
1与
1之间,连杆
1位于关节
1与
2之间。
为了用DH表示法对机器人建模,所要做的r