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ハンドの位置と姿勢を表す行列
が与えられたとき,その位置と姿勢を実現するための6つの関節角を求めることを考える.この計算は逆運動学と呼ばれる.
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(5) |
を満足する
から
をこの方程式から直接求めることは
困難なので,アームの幾何学的構造を考慮に入れてジョイント角を求める.
ここで,アームの関節4,5,6の3軸が手首の点Wで交わる場合には,
W点の座標は
から
だけで決定される.
の値が与えられたとき,基準座標系
におけるW点の座標は次式により求められる.
![$\displaystyle \left[
\begin{array}{c}
{\rm W_x} \\
{\rm W_y} \\
{\rm W_z} \\ ...
...array}\right]
\left[
\begin{array}{c}
0 \\
0 \\
-l_3 \\
0
\end{array}\right]$](img142.png) |
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(6) |
図7に示すように,本アームでは,点S,点E,点Wは,
一つの平面上にある.
は,
だけの関数であり,
関節3の可動範囲(
)を考慮に入れると,
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(7) |
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(8) |
である.
の偏角を
と表せば,
W点の座標と
から
,
,
は次のように定まる.
一般に,関節1,2,3の可動範囲に制限が無ければ,この解は4組存在しうる.
しかし,可動範囲がうまく選ばれていると解は1つになり,
,
,
は次のように定まる.
,
,
が定まれば,
を計算することによ
り,座標系
が設定されているリンク3の位置と姿勢がわかる.
![$\displaystyle {\rm _3U}
=\left[
\begin{array}{cccc}
& & & \\
& {\rm _3R} & & {\rm _3P} \\
& & & \\
0 & 0 & 0 & 1 \\
\end{array}\right]$](img168.png) |
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(15) |
![$\displaystyle =\left[
\begin{array}{cccc}
& & & \\
{\rm _3X} & {\rm _3Y} & {\rm _3Z} & {\rm _3P} \\
& & & \\
0 & 0 & 0 & 1
\end{array}\right]$](img169.png) |
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ここで,
は,
![$\displaystyle {\rm _3U^{-1}}
=\left[
\begin{array}{cccc}
& & & \\
& {\rm _3R^{-1}} & & -{\rm _3R^{-1}}{\rm _3P} \\
& & & \\
0 & 0 & 0 & 1
\end{array}\right]$](img171.png) |
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(16) |
![$\displaystyle =\left[
\begin{array}{cccc}
& {\rm _3X^T} & & -{\rm _3X^T} {\rm _...
...{\rm _3Z^T} & & -{\rm _3Z^T} {\rm _3P} \\
0 & 0 & 0 & 1 \\
\end{array}\right]$](img172.png) |
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である.
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(17) |
である.
eq-u3-u6の回転部分に着目して成分を比較すると,
,
と表すとして,
となり,
となる.ここで,
であれば,
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(23) |
となるが,
には正負つの解があり,それに対応して,
,
は以下の二通りの解がある.
- (1)
のとき
より
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(24) |
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(25) |
- (2)
のとき
より
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(26) |
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(27) |
もし,
のときには,
,
は不定である.
また,図6の幾何学的な構造から,座標系
,
の座標軸の関係から求めることもできる.
は,
と
のなす角であり,
となる.
と
の為す角が
以内であれば,
は正
であり,
以上であれば,負である.
が正であれば,
,
となり,そうでなければ,
,
とな
る.
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