- •Введение
- •1. Основные понятия и определения.
- •1.2. Кинематические пары и их классификация.
- •1.3. Кинематические цепи.
- •1.4. Краткие сведения из теории матриц.
- •2. Создание алгоритма решения прямой задачи о положениях.
- •2.1. Определение числа степеней подвижности ok
- •2.1.2. Определение числа степеней подвижности для кинематической структуры манипулятора ПР модели М20П.40.01.
- •2.1.3. Определение числа степеней подвижности для кинематической структуры манипулятора ПР модели М10П.62.01.
- •2.1.4. Определение числа степеней подвижности для кинематической структуры манипулятора ПР.
- •2.2. Назначение собственных систем координат.
- •2.2.1. Общие принципы назначения собственных систем координат.
- •2.2.2. Назначение собственных систем координат при решении задачи для кинематической структуры манипулятора ПР мод. М20П.40.01.
- •2.2.3. Назначение собственных систем координат при решении задачи для кинематической структуры манипулятора ПР мод. М10П.62.01.
- •2.2.4. Назначение собственных систем координат при решении прямой задачи о положениях для кинематической структуры ПР.
- •2.3. Преобразования систем координат. (edit)
- •2.3.1. Общие принципы преобразования систем координат.
- •2.3.2. Преобразования систем координат для кинематической структуры манипулятора ПР модели М20П.40.01.
- •2.3.3. Преобразования систем координат для кинематической структуры манипулятора ПР модели М10П.62.01.
- •2.3.4. Преобразования систем координат для кинематической структуры манипулятора ПР.
- •3. Реализация вычислительного алгоритма на ЭВМ.
- •3.1. Работа с системой MathCAD.
- •3.1.1. Общее описание системы и ее запуск.
- •3.1.2. Общие приемы работы в среде.
- •3.1.3. Работа с векторами и матрицами.
- •3.2. Тестирование алгоритма.
- •3.2.1. Классификация ошибок.
- •3.2.2. Проверка правильности решения прямой задачи о положениях манипулятора ПР.
- •Список литературы
- •Приложения
- •Решение прямой задачи о положениях для кинематической структуры манипулятора ПР модели М20П.40.01.
- •Решение прямой задачи о положениях для кинематической структуры манипулятора ПР модели М10П.62.01.
- •Решение прямой задачи о положениях для кинематической структуры манипулятора ПР
- •Варианты заданий.
Сферическая с пальцем
Поступательная
V 5 1
Вращательная
Винтовая
1.3. Кинематические цепи.
Кинематической цепью называется система звеньев, связанных между собой кинематическими парами. Кинематические цепи делятся на простые и сложные. Простой кинематической цепью называется такая цепь, у которой каждое звено входит не более чем в две кинематические пары.
Сложной кинематической цепью называется цепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематические пары.
Простые и сложные кинематические цепи в свою очередь делятся на замкнутые и незамкнутые. Незамкнутой кинематической цепью называется кинематическая цепь, имеющая звенья, входящие в одну кинематическую пару.
Кроме этого, кинематические цепи подразделяются на плоские и пространст- венные в зависимости от вида движения звеньев: в одной или нескольких парал- лельных плоскостях и в пространстве.
В конструкциях манипуляторов промышленных роботов наибольшее распро- странение получили простые разомкнутые пространственные кинематические цепи, в которых используются кинематические пары V класса (реже IV класса).
1.4. Краткие сведения из теории матриц.
Матрицей называется прямоугольная таблица чисел:
çæ a11 |
a12 |
L a1n ÷ö |
|
|
||||
ç a21 |
a22 |
L a2n ÷ |
. |
(1.3) |
||||
ç M |
|
M |
M |
M |
÷ |
|||
|
|
|
||||||
ç a |
m1 |
a |
m2 |
L a |
÷ |
|
|
|
è |
|
|
mn ø |
|
|
В общем случае матрица называется прямоугольной (с размерами m ´ n) или m ´ n-матрицей. Если m = n, то матрица называется квадратной, а число m, равное n, – ее порядком. Числа, составляющие матрицу, называются ее элементами.
При двухиндексном обозначении элементов первый индекс всегда указывает номер стоки, а второй индекс – номер столбца, на котором стоит данный элемент.
10
Матрицу можно обозначать таблицей, как это сделано в (1.3), однако допуска- ется обозначение одной буквой, например матрица А.
Прямоугольная матрица, состоящая из одного столбца, называется столбцевой:
æ x1 ö
çç x2 ÷÷ . ç M ÷
çè xn ÷ø
Прямоугольная матрица, состоящая из одной строки, называется строчной:
(x1 , x2 ,L, xn ) .
К основным операциям над матрицами относятся: сложение матриц, умноже- ние матрицы на число и умножение матриц.
Суммой двух прямоугольных матриц A и В одинаковых размеров m ´ n называ-
ется матрица С тех же размеров, элементы которой равны суммам соответствующих элементов данных матриц:
C = A + B ,
если
cik = aik + bik (i = 1, 2,..., m; k =1, 2,..., n) .
Операция нахождения суммы данных матриц называется сложением матриц. Свойства операции:
–переместительное: A + B = B + A ;
–сочетательное: ( A + B) + C = A + (B + C) .
Произведением матрицы А на число α называется матрица С, элементы кото-
рой получаются из соответствующих элементов матрицы А умножением на число α:
C = α A ,
если
cik = αaik (i = 1, 2,..., m; k =1, 2,..., n) .
Операция нахождения произведения матрицы на число называется умножени-
ем матрицы на число.
Таким образом, разность A − B двух прямоугольных матриц одинаковых раз-
меров определяется равенством
A - B = A + (-1) × B .
Произведением двух прямоугольных матриц
æ a11 |
a12 |
||
ç a |
|
a |
|
A = ç |
|
21 |
22 |
ç |
M |
M |
|
ç |
|
|
am2 |
èam1 |
L a1n ÷ö |
|
|
L a2n ÷ |
и B |
|
M |
M ÷ |
|
L |
÷ |
|
amn ø |
|
|
|
11 |
|
çæb11 |
b12 |
L b1q ÷ö |
||
= |
çb21 |
b22 |
L b2q ÷ |
||
ç M |
M |
M |
M ÷ |
||
|
|||||
|
ç |
|
|
÷ |
|
|
ç |
bn2 |
L |
÷ |
|
|
èbn1 |
bnq ø |
называется матрица
|
çæ c11 |
c12 |
L c1q ÷ö |
|
||
C = |
ç c21 |
c22 |
L c2q ÷ |
, |
||
ç M |
M |
M |
M ÷ |
|||
|
|
|||||
|
ç |
|
|
÷ |
|
|
|
ç |
cm2 |
L |
÷ |
|
|
|
ècm1 |
cmq ø |
|
у которой элемент cij , стоящий на пересечении i-й строки и j-го столбца, равен «произведению» i-й строки первой матрицы А на j-й столбец второй матрицы В:
n |
(i = 1, 2,..., m; j = 1, 2,..., q) . |
cij = åaik bkj |
|
k =1 |
|
Операция нахождения произведения данных матриц называется умножением матриц.
Пример:
æ a1 |
a2 |
a3 |
ö |
æ c |
d |
ö |
æ a1c1 + a2c2 + a3c3 |
||||
ç |
1 |
|
1 |
÷ |
|||||||
ç |
|
|
÷ |
×çc2 |
d2 ÷ |
= ç |
|
|
|||
è b1 |
b2 |
b3 ø ç c |
d |
3 |
÷ |
è b1c1 |
+ b2 c2 |
+ b3c3 |
|||
|
|
|
|
è |
3 |
|
ø |
|
|
|
a1d1 + a2d2 + a3 d3 ö . b1d1 + b2 d2 + b3 d3 ÷ø
Необходимо помнить, что операция умножения двух матриц выполнима лишь в том случае, когда число столбцов в первом сомножителе равно числу строк во втором. В частности умножение всегда выполнимо, если оба сомножителя квад- ратные матрицы одного и того же порядка. Следует отметить, что даже в этом част- ном случае умножение матриц не обладает переместительным свойством, т.е. A× B ¹ B × A . Так, например
æ1 |
2ö æ |
2 |
0 ö æ |
8 -2ö æ 2 |
0 ö æ1 |
2ö æ 2 |
4ö |
||||
ç |
÷ |
×ç |
3 |
÷ |
= ç |
÷ |
, ç |
÷×ç |
÷ |
= ç |
÷ . |
è3 |
4ø |
è |
-1ø |
è |
18 -4ø |
è 3 |
-1ø è3 |
4ø |
è0 |
2ø |
|
Если A× B = B × A , |
то матрицы А и В называются перестановочными или ком- |
мутирующими между собой.
Умножение матриц обладает сочетательным свойством умножения и распреде- лительным свойством умножения относительно сложения:
( AB)C = A(BC) , ( A + B)C = AC + BC , A(B + C) = AB + AC .
Кроме этого, следует отметить еще одну важную операцию – транспонирова-
ние. Если A = (aik ) (i = 1, 2,..., m; k =1, 2,..., n) , |
то транспонированная матрица А’ |
|||||||
определяется равенством A¢ = |
( |
ki ) |
ki |
ik |
( |
i = 1, 2,..., m; k =1, 2,..., n |
) |
. Если |
|
a¢ |
, где a′ |
= a |
|
|
матрица А имеет размеры m ´ n, то матрица А’ имеет размеры n ´ m. Другими сло- вами, операция транспонирования заменяет строки исходной матрицы столбцами. Обозначается операция при помощи символа «Т», проставленного как степень:
A¢ = AT .
Пример:
12
æ a |
b |
c ö |
|
æ a |
d ö |
T |
ç |
÷ |
|||
Если A = ç |
|
÷ |
, тогда A |
= ç b |
e ÷ . |
èd |
e |
f ø |
|
ç |
÷ |
|
|
|
|
è c |
f ø |
13