DH参数法 例题 机器人学
四、已知操作臂各连杆的连接方式,计算末端执行器的位姿,建议遵循DH方法的基本原则
Exp.1:如图1所示为3-自由度的机械手,这三个关节都是转动的。关节轴3垂直于关节轴1和关节轴2形成的平面。给出连杆坐标系的D-H参数,并推导出坐标系{3}到坐标系{1}的变换矩阵。
D-H 参数 | αi−1\alpha_{i-1}αi−1 | ai−1a_{i-1}ai−1 | did_{i}di | θi\theta_{i}θi |
---|---|---|---|---|
1 | X | X | X | θ1\theta_{1}θ1 |
2 | 0 | a0a_{0}a0 | 0 | θ2\theta_{2}θ2 |
3 | −90∘-90^{\circ}−90∘ | a1a_{1}a1 | 0 | θ3\theta_{3}θ3 |
DH参数法的一般式:
21T=[10000cosα1−sinα100sinα1cosx100001][100a1010000100001][cosθ2−sinθ200sinθ2cosθ20000100001][10000100001d20001]{ }^{1}_{2} T=\left[\begin{array}{cccc} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & \cos \alpha_{1} & -\sin \alpha_{1} & 0 \\ 0 & \sin \alpha_{1} & \cos x_{1} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right]\left[\begin{array}{llll} 1 & 0 & 0 & a_{1} \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{2} & -\sin \theta_{2} & 0 & 0 \\ \sin \theta_{2} & \cos \theta_{2} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right]\left[\begin{array}{llll} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & d_{2} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] 21T=⎣⎢⎢⎡10000cosα1sinα100−sinα1cosx100001⎦⎥⎥⎤⎣⎢⎢⎡100001000010a1001⎦⎥⎥⎤⎣⎢⎢⎡cosθ2sinθ200−sinθ2cosθ20000100001⎦⎥⎥⎤⎣⎢⎢⎡10000100001000d21⎦⎥⎥⎤
=[cosθ2−sinθ20a1cosα1sinθ2cosα1cosθ2−sinα1−d2sinα1sinα1sinθ2sinα1cosθ2cosα1d2cosα10001]=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{2} & -\sin \theta_{2} & 0 & a_{1} \\ \cos \alpha_{1} \sin \theta_{2} & \cos \alpha_{1} \cos \theta_{2} & -\sin \alpha_{1} & -d_{2} \sin \alpha_{1} \\ \sin \alpha_{1} \sin \theta_{2} & \sin \alpha_{1} \cos \theta_{2} & \cos \alpha_{1} & d_{2} \cos \alpha_{1} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] =⎣⎢⎢⎡cosθ2cosα1sinθ2sinα1sinθ20−sinθ2cosα1cosθ2sinα1cosθ200−sinα1cosα10a1−d2sinα1d2cosα11⎦⎥⎥⎤
代入参数α1=0,a1=a0,d2=0\alpha_{1}=0, a_{1}=a_{0}, d_{2}=0α1=0,a1=a0,d2=0
21T=[cosθ2−sinθ20a0sinθ2cosθ20000100001]{ }_{2}^{1} T=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{2} & -\sin \theta_{2} & 0 & a_{0} \\ \sin \theta_{2} & \cos \theta_{2} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] 21T=⎣⎢⎢⎡cosθ2sinθ200−sinθ2cosθ2000010a0001⎦⎥⎥⎤
同理
32T=[cosθ3−sinθ30a2cosα2sinθ3cosα2cosθ3−sinα2−d3sinα2sinα2sinθ3sinα2cosθ3cosα2d3cosα20001]{}^{2}_{3} T=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{3} & -\sin \theta_{3} & 0 & a_{2} \\ \cos \alpha_{2} \sin \theta_{3} & \cos \alpha_{2} \cos \theta_{3} & -\sin \alpha_{2} & -d_{3} \sin \alpha_{2} \\ \sin \alpha_{2} \sin \theta_{3} & \sin \alpha_{2} \cos \theta_{3} & \cos \alpha_{2} & d_{3} \cos \alpha_{2} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] 32T=⎣⎢⎢⎡cosθ3cosα2sinθ3sinα2sinθ30−sinθ3cosα2cosθ3sinα2cosθ300−sinα2cosα20a2−d3sinα2d3cosα21⎦⎥⎥⎤
α2=−90∘,a2=a1,d3=0\alpha_{2}=-90^{\circ}, \quad a_{2}=a_{1}, \quad d_{3}=0 α2=−90∘,a2=a1,d3=0
32T=[cosθ3−sinθ30a10010−sinθ3−cosθ3000001]^{2}_{3} T=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{3} & -\sin \theta_{3} & 0 & a_{1} \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ -\sin \theta_{3} & -\cos \theta_{3} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] 32T=⎣⎢⎢⎡cosθ30−sinθ30−sinθ30−cosθ300100a1001⎦⎥⎥⎤
31T=21T32T=[cosθ2−sinθ20a0sinθ2cosθ20000100001][cosθ3−sinθ30a10010−sinθ3−cosθ3000001]^{1}_{3} T={}^{1}_{2}T_{3}^{2} T=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{2} & -\sin \theta_{2} & 0 & a_{0} \\ \sin \theta_{2} & \cos \theta_{2} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{3} & -\sin \theta_{3} & 0 & a_{1} \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ -\sin \theta_{3} & -\cos \theta_{3} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] 31T=21T32T=⎣⎢⎢⎡cosθ2sinθ200−sinθ2cosθ2000010a0001⎦⎥⎥⎤⎣⎢⎢⎡cosθ30−sinθ30−sinθ30−cosθ300100a1001⎦⎥⎥⎤
=[cosθ2cosθ3−cosθ2sinθ3−sinθ2a1cosθ2+a0sinθ2cosθ3−sinθ2sinθ3cosθ2a1sinθ2−sinθ3−cosθ3000001]=\left[\begin{array}{cccc} \cos \theta_{2} \cos \theta_{3} & -\cos \theta_{2} \sin \theta_{3} & -\sin \theta_{2} & a_{1} \cos \theta_{2}+a_{0} \\ \sin \theta_{2} \cos \theta_{3} & -\sin \theta_{2} \sin \theta_{3} & \cos \theta_{2} & a_{1} \sin \theta_{2} \\ -\sin \theta_{3} & -\cos \theta_{3} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] =⎣⎢⎢⎡cosθ2cosθ3sinθ2cosθ3−sinθ30−cosθ2sinθ3−sinθ2sinθ3−cosθ30−sinθ2cosθ200a1cosθ2+a0a1sinθ201⎦⎥⎥⎤
出自:机器人学入门必看
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