操作臂运动学分析

1.概述

1.1 连杆

操作臂可被视作由多个刚性构件通过关节依次连接形成的串行运动系统，这些刚性构件即为连杆。通常情况下，连杆可分为具有旋转关节和移动关节两种类型。对于每个连杆，应建立一个固定的坐标系，其中包括基座坐标系。对于拥有n个关节的机器人而言，其包含n个连杆以及n+1个坐标系。空间中物体的最大自由度为6个，因此具备6个关节的机器人能够实现末端执行器在三维空间内的六自由度运动：其中三个自由度用于确定末端执行器的位置，另外三个自由度则用于确定其姿态。末端执行器的位姿可以通过六个关节的运动完全确定。若操作臂的自由度少于六个，则属于欠驱动系统；若超过六个，则属于冗余驱动系统。从操作臂的基座开始对连杆进行编号，将固定基座视为第0号连杆，依此类推，最末端的连杆则被编号为第n号。

为了描述各个连杆与其相邻连杆之间的相对位置关系，在每个连杆上都需要定义一个固定坐标系。该坐标系固连于第i号连杆上，并被称为{i}号坐标系。

1.2 连杆附加坐标系的规定

**** 对于连杆i而言，其坐标系{i}的设定依据关节轴i的运动方式进行，即该坐标系随关节轴i进行转动或直线运动。