工業(yè)機器人優(yōu)秀教案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上教案（章、節(jié)備課） 學時：8章、節(jié)第二章 操作臂運動學 第一節(jié) 齊次坐標與動系位姿矩陣 第二節(jié) 齊次變換 第三節(jié) 機器人的位姿分析 第四節(jié) 機器人的運動學 教學目的和要求機器人運動學研究機器人運動的幾何關系，而不考慮引起運動的力。掌握機器人運動學的基礎知識，包括齊次坐標、齊次變換、連桿參數及機器人正向和逆向運動學。掌握齊次坐標及齊次變換；掌握工業(yè)機器人桿件坐標系建立的方法及其齊次變換矩陣；掌握工業(yè)機器人運動學方程。 教學重點難點重點: 齊次坐標和齊次變換；機器人運動學方程。難點：桿件坐標系建立的方法；坐標系間的齊次變換矩陣。教學進程（含章節(jié)教學內容、學時分配、教學方法

2、、教學手段、輔助手段）第一節(jié) 位姿描述 2學時 講授 1. 齊次坐標 2. 動系的位姿表示第二節(jié) 齊次變換 2學時 講授 1. 旋轉齊次變換 2. 平移齊次變換 3. 復合變換第三節(jié) 操作臂的位姿分析 2學時 講授 1. 桿件坐標系的建立 2. 連桿坐標系間的變換矩陣第四節(jié) 操作臂的運動學 2學時 講授 1. 機器人的運動學 2. 機器人逆運動學的解作業(yè)主要參考資料教材: 熊有倫，機器人技術基礎，華中科技大學出版社，1996教學參考書：1、劉極峰，機器人技術基礎，高等教育出版社，20062、陳懇，機器人技術與應用，清華大學出版社，20063、蔡自興，機器人學，清華大學出版社，2005備注教案（

3、課時備課） 第3次課2學時課目、課題第一節(jié) 位姿描述 1. 齊次坐標 2. 動系的位姿表示教學目的和要求掌握齊次坐標及動系位姿表示 重點難點重點: 齊次坐標和動系位姿表示難點：動系位姿表示教學進程（含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計）一、復習二、講授新課2.1位姿描述 圖2.1 空間任一點的坐標表示2.1.1齊次坐標一、空間任意點的坐標表示在選定的直角坐標系A中，空間任一點P的位置可以用31的位置矢量AP表示，其左上標表示選定的坐標系A，此時AP=PXPYPZT 式中：PX、PY、PZ是點P在坐標系A中的三個位置坐標分量，如圖2.1所示。二、齊次坐標表示將一個n維

4、空間的點用n+1維坐標表示，則該n+1維坐標即為n維坐標的齊次坐標。一般情況下w稱為該齊次坐標中的比例因子，當取w=1時，其表示方法稱為齊次坐標的規(guī)格化形式，即P=PXPYPZ1T三、坐標軸的方向表示i、j、k分別表示直角坐標系中X、Y、Z坐標軸的單位矢量，用齊次坐標表示之，則有X=1 000T Y=0 1 00TZ=001 0T由上述可知，若規(guī)定：41列陣abcwT中第四個元素為零，且滿足a2+b2+c2=1，則abc0T中a、b、c的表示某軸的方向；41列陣abcwT中第四個元素不為零，則abcwT表示空間某點的位置。四、矢量的方向表示圖2.2中所示的矢量u的方向用41列陣可表達為：u=a

5、bc0Ta=cosa，b=cosb，c=cosg圖2.2中所示的矢量u的起點O為坐標原點，用41列陣可表達為：O=0001T例2.1用齊次坐標表示圖2.3中所示的矢量u、v、w的坐標方向。圖2.3用不同方向角表示方向矢量u、v、w2.1.2位姿描述圖2.2坐標軸及矢量的方向表示在機器人坐標系中，運動時相對于連桿不動的坐標系稱為靜坐標系，簡稱靜系；跟隨連桿運動的坐標系稱為動坐標系，簡稱為動系。動系位置與姿態(tài)的描述稱為動系的位姿表示，是對動系原點位置及各坐標軸方向的描述。一、連桿的位姿描述設有一個機器人的連桿，若給定了連桿PQ上某點的位置和該連桿在空間的姿態(tài)，則稱該連桿在空間是完全確定的。如圖2.

6、4所示，O為連桿上任一點，OXYZ為與連桿固接的一個動坐標系，即為動系。連桿PQ在固定坐標系OXYZ中的位置可用一齊次坐標表示為 圖2.4 連桿的位姿表示連桿的姿態(tài)可由動系的坐標軸方向來表示。令n、o、a分別為X、Y、Z坐標軸的單位矢量，各單位方向矢量在靜系上的分量為動系各坐標軸的方向余弦，以齊次坐標形式分別表示為由此可知，連桿的位姿可用下述齊次矩陣表示：顯然，連桿的位姿表示就是對固連于連桿上的動系位姿表示。例2.2圖2.5表示固連于連桿的坐標系B位于OB點，XB=2，YB=1，ZB=0。在XOY平面內，坐標系B相對固定坐標系A有一個30的偏轉，試寫出表示連桿位姿的坐標系B的44矩陣表達式。圖

7、2.5動坐標系B的位姿表示二、手部的位姿描述機器人手部的位置和姿態(tài)也可以用固連于手部的坐標系B的位姿來表示，如圖2.6所示。坐標系B可以這樣來確定；取手部的中心點為原點OB；關節(jié)軸為ZB軸，ZB軸的單位方向矢量a稱為接近矢量，指向朝外；兩手指的連線為YB軸，YB軸的單位方向矢量o稱為姿態(tài)矢量，指向可任意選定；XB軸與YB軸及ZB軸垂直，XB軸的單位方向矢量n稱為法向矢量，且n=oa，指向符合右手法則。圖2.6手部的位姿表示手部的位置矢量為固定參考系原點指向手部坐標系B原點的矢量P，手部的方向矢量為n、o、a。于是手部的位姿可用44矩陣表示為例2.3圖2.7表示手部抓握物體Q，物體是邊長為2個單位的正立方體，寫出表達該手部位姿的矩陣表達式。三、目標物齊次矩陣表示如圖2.8所示，楔塊Q在圖2.8(a)所示位置，其位置和姿態(tài)可用8個點描述，矩陣表達式為圖2.7 抓握物體Q的手部若讓楔塊繞Z軸旋