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平成 年 月 7 日 ( 土 第 75 回数学教育実践研究会アスティ 45 ビル F セミナールーム A 札幌医科大学 年 P ab, を正の定数とする 平面上において ( a, を中心とする円 Q 4 C と (, b を中心とする円 C が 原点 O で外接している また P を円 C 上の点と

多次元レーザー分光で探る凝縮分子系の超高速動力学

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2.2 h h l L h L = l cot h (1) (1) L l L l l = L tan h (2) (2) L l 2 l 3 h 2.3 a h a h (a, h)

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2019 年 6 月 4 日演習問題 I α, β > 0, A > 0 を定数として Cobb-Douglas 型関数 Y = F (K, L) = AK α L β (5) と定義します. (1) F KK, F KL, F LK, F LL を求めましょう. (2) 第 1 象限のすべての点

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x A Aω ẋ ẋ 2 + ω 2 x 2 = ω 2 A 2. (ẋ, ωx) ζ ẋ + iωx ζ ζ dζ = ẍ + iωẋ = ẍ + iω(ζ iωx) dt dζ dt iωζ = ẍ + ω2 x (2.1) ζ ζ = Aωe iωt = Aω cos ωt + iaω sin

代数 幾何 < ベクトル > 1 ベクトルの演算 和 差 実数倍については 文字の計算と同様 2 ベクトルの成分表示 平面ベクトル : a x e y e x, ) ( 1 y1 空間ベクトル : a x e y e z e x, y, ) ( 1 1 z1

技術者のための構造力学 2014/06/11 1. はじめに 資料 2 節点座標系による傾斜支持節点節点の処理 三好崇夫加藤久人 従来, マトリックス変位法に基づく骨組解析を紹介する教科書においては, 全体座標系に対して傾斜 した斜面上の支持条件を考慮する処理方法として, 一旦, 傾斜支持を無視した

2018年度 東京大・理系数学

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2010年度 筑波大・理系数学

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今週の内容 後半全体のおさらい ラグランジュの運動方程式の導出 リンク機構のラグランジュの運動方程式 慣性行列 リンク機構のエネルギー保存則 エネルギー パワー 速度 力の関係 外力が作用する場合の運動方程式 粘性 粘性によるエネルギーの消散 慣性 粘性 剛性と微分方程式 拘束条件 ラグランジュの未

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解答速報数学 2017 年度大阪医科大学 ( 前期 ) 一般入学試験 1 (1) 0, 8 1 e9 進学塾 0t= $ e e 0t= 11 2e -1 1 = 2 e 0t= -11 dy dx = -2 - t te 3t 2-1 = = ビッグバン dy (2) x

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Gauss Gauss ɛ 0 E ds = Q (1) xy σ (x, y, z) (2) a ρ(x, y, z) = x 2 + y 2 (r, θ, φ) (1) xy A Gauss ɛ 0 E ds = ɛ 0 EA Q = ρa ɛ 0 EA = ρea E = (ρ/ɛ 0 )e

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補足 中学で学習したフレミング左手の法則 ( 電 磁 力 ) と関連付けると覚えやすい 電磁力は電流と磁界の外積で表される 力 F 磁 電磁力 F li 右ねじの回転の向き電 li ( l は導線の長さ ) 補足 有向線分とベクトル有向線分 : 矢印の位

連続講座 断層映像法の基礎第 29 回 : 篠原広行 他 断層映像法の基礎第 29 回 2 次元ファンビームの投影と画像再構成 篠原広行 II 梶原宏則 II 中世古和真 1 ) 橘篤志 II 橋本雄幸 2) 首都大学東京人間健康科学研究科放射線科学域 21 横浜愈 l 英短期大学情報学科 はじめに

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p tn tn したがって, 点 の 座標は p p tn tn tn また, 直線 l と直線 p の交点 の 座標は p p tn p tn よって, 点 の座標 (, ) は p p, tn tn と表され p 4p p 4p 4p tn tn tn より, 点 は放物線 4 p 上を動くこと

生活設計レジメ

44 4 I (1) ( ) (10 15 ) ( 17 ) ( 3 1 ) (2)

I II III 28 29


以下 変数の上のドットは時間に関する微分を表わしている (ex. 2 dx d x x, x 2 dt dt ) 付録 E 非線形微分方程式の平衡点の安定性解析 E-1) 非線形方程式の線形近似特に言及してこなかったが これまでは線形微分方程式 ( x や x, x などがすべて 1 次で なおかつ

4.6: 3 sin 5 sin θ θ t θ 2t θ 4t : sin ωt ω sin θ θ ωt sin ωt 1 ω ω [rad/sec] 1 [sec] ω[rad] [rad/sec] 5.3 ω [rad/sec] 5.7: 2t 4t sin 2t sin 4t

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.( 斜面上の放物運動 ) 目的 : 放物運動の方向の分け方は, 鉛直と水平だけではない 図のように, 水平面から角 だけ傾いた固定した滑らかな斜面 と, 質量 の小球を用意する 原点 から斜面に垂直な向きに, 速さ V で小球を投げ上げた 重力の加速度を g として, 次の問い に答えよ () 小

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64 3 g=9.85 m/s 2 g=9.791 m/s 2 36, km ( ) 1 () 2 () m/s : : a) b) kg/m kg/m k

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t θ, τ, α, β S(, 0 P sin(θ P θ S x cos(θ SP = θ P (cos(θ, sin(θ sin(θ P t tan(θ θ 0 cos(θ tan(θ = sin(θ cos(θ ( 0t tan(θ

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2013年度 九州大・理系数学

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剛体過去問解答例 2 1.1) 長さの棒の慣性モーメントは 公式より l I G = Ml /12 A 点のまわりは平行軸の定理より 2 2 I A = Ml /12 + M ( l / 2) = Ml 2 / 3 B y 2) 壁からの垂直抗力を R, 床からの垂直抗力と摩擦力を N,f とすると

点におけるひずみの定義 ( その1)-(ε, ε,γ ) の定義ひずみは 構造物の中で変化しているのが一般的である このために 応力と同様に 構造物内の任意の点で定義できるようにした方がよい また 応力と同様に 一つの点に注目しても ひずみは向きによって値が異なる これらを勘案し あ

数値計算で学ぶ物理学 4 放物運動と惑星運動 地上のように下向きに重力がはたらいているような場においては 物体を投げると放物運動をする 一方 中心星のまわりの重力場中では 惑星は 円 だ円 放物線または双曲線を描きながら運動する ここでは 放物運動と惑星運動を 運動方程式を導出したうえで 数値シミュ

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1/10 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 37 分第 5 章ローレンツ変換と回転 第 5 章ローレンツ変換と回転 Ⅰ. 回転 第 3 章光速度不変の原理とローレンツ変換 では 時間の遅れをローレンツ変換 ct 移動 v相対 v相対 ct - x x - ct = c, x c 2 移動

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(iii) 0 V, x V, x + 0 = x. 0. (iv) x V, y V, x + y = 0., y x, y = x. (v) 1x = x. (vii) (α + β)x = αx + βx. (viii) (αβ)x = α(βx)., V, C.,,., (1)

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t = h x z z = h z = t (x, z) (v x (x, z, t), v z (x, z, t)) ρ v x x + v z z = 0 (1) 2-2. (v x, v z ) φ(x, z, t) v x = φ x, v z

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[ 振動の発生 ] 第 1 章 土木振動学序論 [ 振動の発生 ] 外力と内力内力が釣り合って静止釣り合って静止した状態 :[: [ 平衡状態 ] 振動の発生振動の発生 :[ 平衡状態 ] が破られ 復元力復元力が存在すると振動が発生する つまり (1) 平衡 ( 静止 ) 状態が破られる (2)

高校電磁気学 ~ 電磁誘導編 ~ 問題演習

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Transcription:

ロボットの運動学 順運動学とは 座標系の回転と並進 同次座標変換行列 Denavit-Hartenberg の表記法 多関節ロボットの順運動学 レポート課題 & 中間試験について 逆運動学とは ヤコビアン行列

運動方程式 ( 微分方程式 ) ロボットの運動学 動力学 Equation of motion f ( ( t), ( t), ( t)) τ( t) 姿勢 ( 関節角の組合せ ) Posture () t ( () t () t N () t ) 手先位置 i osition ( t) x( t) y( t) z( t) ( 順 ) 運動学 Kinematics 逆運動学 Inverse kinematics ( ) 姿勢 ( 関節角 ) から手先位置 方向を求める ( 目標とする ) 手先位置 方向を 運動 ( 軌道 ) 計画 実現する姿勢 ( 関節角 ) を求める ( 順 ) 動力学 τ () t () t 運動方程式を解いてトルクパターンン Dynamics 逆動力学 シミュレーション () t τ () t ( 目標とする ) 姿勢変化を実現する Inverse Dynamics 制御 から姿勢変化 ( 時間変化 ) を求める トルクパターン ( 時間関数 ) を求める

ロボットの順運動学 順運動学とは, ロボットの各関節の変位量が与えられたとき, ロボットの手先の位置と方向が 基準座標系から見てどのようになるかを求める問題である. [] 回転運動に伴う座標変換座標変換 x O x y z O x y z 座標変換行列 R x z z O R z ( ) y y y.86 x ( 5.5 x y y O [] 並進運動を伴う座標変換同次座標変換行列 y O ( z ) x ( y ) u z x x [] 多関節ロボットの座標変換 ( q ) ( q ) ( q ) n n n n

例 手先位置の計算関節の回転角から手先位置を求める e x e lcos+ lcos( + ) ye lsin+ lsin( + ) 平面 リンクの場合 x +. y e.87 + y e O l l l cos e + 6 l cos( + ) x 意味を考えると x e + y e O から へ移動 から e へ移動 + 度の回転

例 つづき y O u y 各関節の座標系から見たリンク先端位置座標を組合わせて基準座標系における手先位置を得る O x 座標系 O -x y から 見たO の位置 O -x y から O -x y への平行移動 座標系 O -x y から x 見た の位置 cos sin R ( ) sin cos 座標系 O -x y から見た座標系 O -x y の回転 u 平行移動と回転をつの変換で表す ( )( ) u R +. +.87

座標系の回転 次元の例.87.5 x x x y y y y x cos sin x y sin cos y 回転 の場合 87.87.5.87.5.5.87 x 移動後の座標系で与えられた位置が基準座標系から見てどの位置になるかを座標変換行列で計算する

演習座標系の回転 x y 回転後の座標系で与えられた位置が基準座標系から見てどの位置になるか座標変換行列を用いて計算しなさい の場合 y? x? y y + 45? x x の場合 まず 45 回転の行列を求める? cos 45 sin 45 sin 45 cos 45?

z 軸周りに 回転 任意軸 r x cos sin x 周りに 回転 y sin cos y 座標変換行列 R x r ( C ) C rr ( C ) rs rr ( C ) r S x x y z x z y + + x y rr( C ) + rs r ( C ) + C rr( C ) rs y x y z y y z x z rr( C ) rs rr( C ) + rs r ( C ) + C z x z y y z x z whe re C cos, S sin z r r x ry r z y R x ( Ry ( ) Rz ( ) z z Rz( ) x 軸周りに 回転 x x y cos sin y z sin cos z R ( ) r r x r Ry だけ sin の符号が違うことに注意 x y軸周りに 回転 x cos sin x y y z sin cos z Ry( )

並進を伴う座標変換 y () O x.87.5 y O.5.87.87 +.5.87.87 +.5 +.5 R z () x R + 単純な掛算で表したい (つの変換行列) R

同次座標変換行列 u x x y y, u z z 位置座標に形式的に を加える u +.87.5 + u 同次座標変換行列 z y ().5 O y x.87.87.5 O.5 座標系 O -x y z から 座標系 O -x y z への.87 x 同次座標変換行列

多関節ロボットの座標変換 座標系 O n -x n y n z n から基準座標系 O -x y z への座標変換行列 n ( ) ( ) n q q ( q ) 各関節間の座標変換行列の積 n n n int cos( 9) sin( 9) z l sin( 9) cos( 9) l x9 l cos sin sin cos cos9 sin9 9 9 l z l 9 sin cos x z cos sin sin cos l cos sin sin cos l

多関節ロボットの座標変換ー同次変換行列の別誘導法ー 前頁の は次のように求めることもできる cos sin cos 9 sin 9 y z l sin9 cos9 l sin cos x 9 cos sin l sin cos cos sin sin cos l どんな順序で座標系の変換を行ったと考えるかで誘導は異なるが, 結果は同じ

演習極座標型ロボットの運動学 x x z h z d x r y φ y z e. 座標系 O -x y z から基準座標系 O -x y z への座標変換行列 を 求めよ. 手順. O -x y z から O -x y z への変換行 列 (y 方向へ d 平行移動 + y 軸周りに φ 回転 ), O -x y z から O - x y z へとするの変換行列 (z 方向へ h 平行移動 + z 軸周りに 回転 ) y を求め, とする.. O から O への平行移動量 h, z 軸回転角, O から O への 平行移動量 d, y 軸回転角 φ7, r5のとき, O -x y z から見た e の座標を求めよ.. に h,, d, φ7, r5 を代入して を具体的に数値で表し, O -x y z から見た手先位置の座標 (,, r) ) から作った ( r ) を掛けて e を得る.

演習極座標型ロボットの運動学 ( 解 ). 変換行列, は, それぞれ cosφ sinφ cos sin d sin cos y d sinφ cosφ z h h y φ z d cos cos φ sin cos sinφ d sin cosφsin cos sin sin φ d cos d sinφ cos φ h s c φ φ よって c s s c s s d φ φ c s c s s c φ φ h. に h,, d, φ7, r5 を代入するとよく行われる略記法 e 5 5. 5 77 +.77 5 なので ( 5 ) を掛けて x x z h x r d z z y y φ y e

DH 法 -Denavit-Hartenbergg の表記法ー 4 つの変数 ( リンクパラメータ ) で多リンク機構を系統的に表現 リンク座標系 i を i- から見た場合の同次変換で記述する リンクパラメータ 変換行列 (i) x i 軸に沿って a i- だけ並進 X, a (ii) x i- 軸回りに α i- だけ回転 R ( X i, αi ) (iii) z i 軸に沿って d i だけ並進 ( Zi, di) (iv) z i 軸回りに i だけ回転 ( Zi i) ( ) i i R, 長さ a i- の線分は, 関節 i- の回転軸にも, 関節 i の回転軸にも直交する

DH 法による変換行列 i ( Xi, ai) ( X, i i i α α α i ) i a ( ) ( Z i i ) i R cos sin sin α i cos α i cosi sini Zi, di sini cosi d i R, ( Xi, ai) ( Xi, αi) ( Zi, di) ( Zi, i) R R C S a i i i Cα S i α S C i i i Sα C d i αi i C S i a i i C α S C C S S d i i αi i αi αi i Sα S S C C C d i i αi i αi αi i

ロボットの逆運動学手先の位置 方向が与えられた時に, それを実現する各関節の変位量を求める問題 x l cos + l cos( + ) y l sin + l sin( + ) 例 の設定の場合, y x + y l + l + ll cos x + y l l ll cos ( ) 解は唯一ではない 右手系と左手系 ( x, y ) 演習, はいくらか? l l 各関節角をどう変化させたらワークを把持できるか?

ヤコビアン行列 (Jacob 行列, Jacobian) 各関節の回転速度と手先速度の関係を表す行列 ω v e f(q) : 各関節の回転角度と手先位置の関係 並進速度に関するヤコビアン行列 J L ( J J ) v J de f dq dq v J L JLq dt q dt dt 回転関節のみなら J e : 基準座標系上での手先位置 (e: end-effecter) q : ロボットの一般化座標 関節の回転角 ( 回転関節 ) ( 直動関節 ) L L L ( x ) e J J q J y, 可変リンク長 回転速度に関するヤコビアン行列 JA d L ω JAq L

例題ヤコビアン行列と手先速度 y () ヤコビアン行列 J L を求めよ () l, l, の時の J L を計算せよ () () の時, 45 とすると [deg sec] 手先速度はいくらか l [deg sec] 解法手順 () 手先位置 e の座標 (x,y) を で表す. x x e L y y J を計算する. () J L に を代入する l () J ( ) () L に -45 x を掛ける [deg sec]

例題ヤコビアン行列と手先速度 ( 解答例 ) () J e L ( ) ( ) x l cos + l cos + y l sin + l sin + x x ( ) ( ) l sin lsin + lsin + y y l ( ) ( ) cos+ lcos + lcos + J () L () v.87.87..5 + + π 6 π 7.. JL [m sec] π 44.5 8 78.78 + 4

ヤコビ行列と特異姿勢 v (4) 手先速度をとするためには各関節をどのような 速度で回転させればよいか? 4.5 L +. 4 J v J もしが存在しない場合は? L sin+ sin sin sin sin 8 J L cos cos cos cos cos 8 特異姿勢