万向移动四足机器人位姿描述研究.pdf

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1、万向移动四足机器人位姿描述研究王雄(榆林学院，陕西榆林719000)ResearchonthePositionandPoseDescriptionofUniversalMobileQuadrupedRobotWANGXiong(YulinCollege，Yulin719000，China)摘要：通过位置矢量对机器人的位置进行了描析其运动学及动力学，并对其姿态进行估计。而以述，采用旋转矩阵在固定角坐标系和欧拉角坐标系上分析的前提是能够将机器人的姿态描述清楚。因中对机器人的姿态进行了描述。并应用齐次变换矩此，以万向移动四足机器人为对象

2、，进行位姿描述方阵描述了万向移动四足机器人的足尖端位姿。位姿法进行研究。描述能够为机器人下一步的分析打下基础。1位姿描述阻关键词：万向移动四足机器人；位置；姿态；旋转矩阵为了描述物体在空间中的位姿，先将其固定在中图分类号：TP24一个空间三维坐标系里面，在此坐标系中研究空间文献标识码：A物体的位姿。位姿坐标系如图1所示，将机器人固文章编号：1001—2257(2015)02—0078—03定在一个坐标系中并且给出此坐标系相对于参考系Abstract：Accordingtopositionvector，thepo—的表达。坐标系{B

3、}以某种方式固定在机器人上，sitionofrobotisdescribedinthispaper．Theatti—{B}相对于{A}的描述就能够表示出物体的位姿。tudeofrobotisdescribedinfixedanglecoordinatesystemandeuleranglecoordinatesystembyusingofrotationmatrix．Thefoottipposeofuniversalmobilequadrupedrobotisdescribedbymeansofhomogeneoustransfo

4、rmmatrix．Thepositionandposedescriptionofrobotcanbeusedforfurtherstudy．Keywords：universalmobilequadrupedrobot；图1位娶坐标系position；pose；rotationmatrix1．1位置描述设坐标系{B}与{A}具有相同的方位，但两坐标0引言系的原点不重合，用位置矢量P日DR。描述坐标系{B)相对于{A}的位置，如图1所示，称P脒。为{B)相随着社会的进步和工业技术的发展，发生矿难对于{A}的平移矢量。假定点P在坐标系{

5、B)中的后普遍采用井下机器人进行环境探测，辅助救援。位置为P，相对于坐标系{A}的位置矢量P可由矢现今的轮式和履带式机器人因其结构的缺陷性，在量相加得出：井下行走时，常常因遇到障碍而无法前行。实验室P=P+P麟G研制万向移动四足机器人作为井下探测机器人的原1。2姿态描述型机，可在机体无需转弯的情况下，实现向任意方向以任意角度移动，为了保证其运动的平稳性，需要分，和表示坐标系{A)主轴方向的单位矢量。，和。表示坐标系{B}主轴方向的单收稿日期：2014—11一O6基金项目：陕西省教育厅科学研究计划项目(2013JK1043)位矢量。

6、当用坐标系{A}的坐标表达时，被写·78·《机械与电子>2015(2)动四足机器人成。，，。。将这3个单位矢量按绕2旋转a角，再绕旋转角，最后绕旋转照，，的顺序排列成一个3×3的矩阵，)，角。这样3个1组的旋转称作欧拉角。每次旋转即为旋转矩阵，又叫姿态矩阵。的轴方位取决于上次的旋转。其图与图2相似，但是旋转的轴为运动轴。绕2轴旋转a角使文旋转II12I3]到，旋转到。剩下的2次旋转依次类推，由AR=[。，，]一ILrr22l。：。。J欧拉角参数化的旋转矩阵用台R，(y，口，a)表示。旋转矩阵可以作为姿态的描述，当乘以矢量时，经过计

7、算，欧拉角坐标系姿态矩阵与2．1姿态旋转矩阵就起到了旋转运算的作用，标量r为每个矩阵相同。3次绕固定轴旋转的最终姿态和以相反矢量在其参考坐标系中单位方向上投影的分量来表顺序3次绕运动坐标轴旋转的最终姿态相同。示，可用一对单位矢量的点积来表示。鲁Rzx，(a，，)，)一R一[，，]一rca叩COtsy—S0tC)'CCZs)，+sas)"7jr-cos(XB，)cos(，XA)COS(ZB，)]Jsa叩sas#sT+cacVsotspsT-c~zs'7jIcos(X~，)COS(i／B，YA)cos(ZB，YA)IL一c』9s7c#

8、e7同样，当绕运动轴先后顺序不一样时，其旋转矩．COS(XB，ZA)cos(，ZA)cos(ZB，ZA)j阵也会发生变化。从旋转矩阵台R可以看出需要9个参数来确定1．3位姿描述姿态。而2个单位矢量的点积可得到二者之间夹角的余弦，即方向余弦。因此，实