9. 機器人正運動學---修改DH參數

目錄

 

1. 引言

2. 修改DH參數

3. 標準DH座標系與修改DH座標系的對比

4. 總結


1. 引言

7. 機器人正運動學---連桿座標系與DH參數(後面簡稱參考文章)中我們介紹了DH座標系,其實建立機器人座標系的方式不只一種。爲了克服標準DH參數的一些缺陷,後來發展出了修改DH參數。

2. 修改DH參數

之前一直強調DH座標系是建立在傳動軸上的,修改DH座標系恰恰相反,它是建立在連桿的驅動軸上。如下圖就是建立的修改DH座標系示意圖,你可以和參考文章中建立的標準DH座標系進行對比,就能看出兩者的區別了。

由於修改DH座標系是建立在連桿的驅動軸上,因此關節,連桿,座標系按照從基座到末端執行器的方向排列應該是這樣的:先是關節1,然後是與關節1並列的連桿1座標系,然後是連桿1,然後是關節2,以此類推。

由於建立座標系的位置發生了變化,連桿之間的變換關係自然也有相應的變化,修改DH座標系相鄰連桿之間的變換關係爲:

                                                ^{i-1}\textrm{T}_{i}=rot_{x}\left ( \alpha _{i-1} \right )trans_{x}\left ( a_{i-1} \right )rot_{z}\left ( \theta _{i} \right )trans_{z}\left ( d_{i} \right )

整個變換過程可以藉助圖中的輔助線來進行,和參考文章採用一樣的分析策略就可以了,這裏不再過多介紹了。修改DH參數中各個參數的物理意義與標準DH參數是一樣的。

對於初學者而言,DH座標系和修改DH座標系還是比較容易弄混的,所以請與參考文章進行對比閱讀,這樣會更容易理解一些。

3. 標準DH座標系與修改DH座標系的對比

前面已經提到,兩者最大的不同點在於標準DH座標系是建立在連桿的傳動軸上,修改DH座標系是建立在連桿的驅動軸上。這個差別給修改DH座標系帶來了一定的優勢(雖然這個優勢你可能不能一下子理解或者體會到)。

對於傳統的串聯機器人而言,兩者的表現能力是一樣的,沒有優劣之分,這種時候我們可以在兩種建立座標系的方法中任意選擇。但是通常我們會選擇標準DH座標系,因爲很多機器人算法是以標準DH參數爲基礎的。

對於具備樹型結構的機器人就不太一樣了,我們還是上一張圖來看一下。如果你曾經學習過ROS,對下面這個圖應該是比較熟悉的。

在這個圖中的機器人不是簡單的串聯結構,連桿 1 同時存在兩個傳動軸分別連接了連桿 2 和連桿 3。根據標準DH參數的定義,連桿座標系應該建立在傳動軸上,這就麻煩了。連桿 1 有兩個傳動軸,建在哪裏都會引起另一個連桿無法表達。這時候你可能會反駁說連桿 1 建兩個座標系不就好了嘛。確實是這樣,但是如果你建立了兩個座標系,末端執行器座標系下的一個點變換到基座標系時你首先要判斷這個末端執行器在機器人的哪一個分支上,然後再去選擇使用連桿 1 的哪個座標系。想象一下如果你的機器人有很多分支你會不會覺得很亂,而且這樣很難寫代碼對座標變換進行統一表達?

修改DH座標系就解決了這個問題。雖然連桿 1 有多個傳動軸,但是它只有一個驅動軸呀,我們把連桿座標系建立在驅動軸上這個問題一下子就解決了,你也不需要去判斷是哪個分支了。

以上就是我認爲修改DH座標系與標準DH座標系之間的區別以及一些優劣。

4. 總結

這篇文章主要介紹了修改DH參數以及和標準DH參數的區別。由於個人能力有限,所述內容難免存在疏漏,歡迎指出,歡迎討論。

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