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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.
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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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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.
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(15) |
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ここで,
は,
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(16) |
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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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(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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