刚体自由度:
位形(Configuration):A specification of the position of all points of a robot.-指明了机器人身上所有点的位置。
位形空间也成为C-空间表示所有位形的空间,它的维度就是机器人自由度,也是表达位形所需最少的实数个数。
例如一个两个自由度的机器人:
两个圆圈上的任意一点表示关节的角度。那么对于关节1的任意一个角度均有一个关节2的所有角度与其对应。用图来表示就是:
当将这些所有的连接起来:
这个圆环面就是该两关节的机器人的C-空间。
由于机器人是有刚体组成的,所以其自由度=刚体的自由度。
该怎么计算一个三维空间刚体的自由度呢?
任意选一点A,它拥有(x、y、z)三个自由度。再选择一点B,此时它可以用x、y、z表示,但它增加了一个约束: ,其只剩下2个自由度,
再增加一个点C,它可以用x、y、z表示,但其增加了两个约束 和 ,其只剩下1个自由度
此后在选择任意点D,其均被 、 、 三个约束限制,自由度为零。
同理可推出一个四维空间刚体有10个自由度。
做个关于C-空间的维数(自由度)的总结:
系统自由度=点的自由度之和-独立约束的个数。
对于有刚体组成的机器人:其自由度=刚体自由度之和-作用于刚体上的独立约束个数
机器人自由度:
自由度=刚体自由度之和-作用于刚体上的独立约束个数
运动所受到的约束往往来源于关节:
使用Grubler公式对机构的自由度进行计算时:
一定要注意所有关节都是独立的情况(即非虚约束等)下才行!否则只能计算机器人自由度的下限值!
将 ( 为每个关节的自由度数)带入上式有:
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