Cơ sở tính toán - Robot công nghiệp (Chương II) - TS.Trần Thị Thanh Hải

UN
Uni24h
0 downloads
14
0

Document content

Page 1

Chương II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN Giảng viên: TS. Trần Thị Thanh Hải 1. Biểu diễn điểm trong không gian: -Trong không gian 3 chiều, z 1 điểm có thể được biểu diễn p z bằng nhiều véc tơ trong các P hệ quy chiếu khác nhau. p k p j z O y i -Vị trí của điểm P O x ép ù r ê x ú p = p i + p j+ p k p = êp ú x y z y êëp úû z i, j, k: vectơ đơn vị

Page 2

- Nếu quan tâm đến vấn đề định hướng, biểu diễn véc tơ trong không gian 4 chiều, với suất véc tơ là một ma trận cột: ép ù ìp x ï x = a ê ú ï w êp ú p p = y ï y = b êp ú í ê z ú ï w êëw úû ïp ï z = c î w p p x = x = p = a w 1 x - Nếu w = 1, thấy rằng: p p y = y = p = b Trường hợp đồng nhất cả w 1 y về vị trí và hướng p p Hệ tọa độ: z = z = p = c w 1 z hệ tọa độ thuần nhất

Page 3

- Với w = 0: p p p x , y , z →∞ !!w w w Giới hạn ¥ thể hiện rõ nét là các hướng của các trục tọa độ. 2. Biểu diễn mặt phẳng Phần mặt phẳng có các tọa độ xác định có thể biểu diễn bởi một ma trận hàng: P = [ a, b, c, d] Nếu biểu diễn một điểm q thuộc P, tích vô hướng: P.v = 0

Page 4

éx ù êy ú v = ê ú P.v = ax + by + cz + dw = 0 êz ú êwú ë û 3. Ma trận biến đổi đồng nhất - Ma trận biến đổi đồng nhất: éR(AB) ! qA(3´1)ù ma trận 4 x 4 T(AB) = ê""" ! """ ú ê ú êëg(1´3) ! r(1´1) úû R(AB) xác định hướng của hệ di chuyển B đối với hệ cố định A xác định gốc của hệ toạ độ di chuyển đối với hệ cố định

Page 5

Sử dụng các phép biến đổi đồng nhất các toạ độ, có thể viết : pˆ(A) =T(AB).pˆ(B) pˆ(A) =[p , p , p ,1]T éR(AB) ! q(A) ù x y z (AB) ê ú T = ê""" ! """ú [ ] pˆ(B) = p ,p ,p ,1T ê0 0 0 ! 1 ú u v w ë û

Page 6

Ta có p(A) = R(AB).p(B) +q(A) R(AB)-1p(A) = R(AB)-1 (R(AB).p(B) + q(A) ) => R(AB)-1 = R(AB)T p(B) = R(AB)T .p(A) - R(AB)T .q(A) => pˆ(A) = T(AB).pˆ(B) Û pˆ(B) = T(AB)-1 .pˆ(A) éR(AB) ! - R(AB)-1q(A) ù -1 ê ú Do đó: T(AB) = T(BA) = ê""" ! """ ú ê0 0 0 ! 1 ú êë úû

Page 7

4. PHÉP BIẾN ĐỔI ĐỒNG NHẤT HỖN HỢP Các ma trận biến đổi đồng nhất có thể được tổ hợp nhiều lần với nhau: ma trận biến đổi đồng nhất hỗn hợp. 5. BIỂU DIỄN CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI U: biểu diễn véc-tơ điểm cần biến đổi V: biểu diễn véc-tơ điểm đã biến đổi H: ma trận chuyển đổi.` V = H.U P: mặt phẳng chứa điểm cần biến đổi (U) Q: mặt phẳng chứa điểm đã biến đổi (V) P.U = Q.V Q.H = P - Phép biến đổi tịnh tiến (Translation) - Phép quay (Rotation)

Page 8

5.1. PHÉP BIẾN ĐỔI TỊNH TiẾN Tịnh tiến 1 điểm hoặc 1 vật thể theo véc tơ dẫn r r r r H =ai +bj +ck Ma trận chuyển đổi H

Page 9

U là véc tơ biểu diễn điểm cần tịnh tiến với: U = [ x, y, z, w ]T Véc tơ biểu diễn điểm đã biến đổi tịnh tiến V được xác định: é x ù ê +aú é1 0 0 aù éx ù éx +awù êw ú ê0 1 0 bú êy ú êy +bwú ê y ú ê ú ê ú ê ú + b V = H.U = = = êw ú ê0 0 1 cú êz ú êz +cw ú ê ú ê ú ê ú ê ú ê z ú ë0 0 0 1û ëwû ëw û + c êw ú êë1 úû Viết là: V = Trans(a b c).U

Page 10

5.3. PHÉP BIẾN ĐỔI QUAY: z1 z Quay 1 điểm hoặc 1 vật thể y1 xung quanh trục tọa độ nào đó, góc quay q° Oº O’ q0 y é1 0 0 0ù ê0 cosq -sinq 0ú Rot(x,q) = ê ú xº x1 ê0 sinq cosq 0ú ê0 0 0 1ú Biểu diễn quay quanh trục x ë û é cosq 0 sinq 0ù écosq -sinq 0 0ù ê ú êsinq cosq 0 0ú ê 0 1 0 0ú Rot(z,q) = ê ú Rot(y,q) = ê-sinq 0 cosq 0ú ê 0 0 1 0ú ê ú ê 0 0 0 1ú ë 0 0 0 1û ë û Ví dụ: Cho điểm u, quay xung quanh z, góc θ = 900:

Page 11

- Khi thay đổi thứ tự quay 1 điểm lần lượt qua hai trục tọa độ thì ta được kết quả khác nhau. W = Rot(y,90°)Rot(z,90°)U ¹ W' = Rot(z,90°)Rot(y,90°)U

Page 12

Ma trận quay Euler mô tả khả năng định hướng bằng cách: - Quay một góc F xung quanh trục z - Quay tiếp một góc q xung quanh trục y mới là y’ - Cuối cùng quay một góc y xung quanh trục z mới là z’’ z z’ y F y’’ z’’ F y’’ q y’ F y q x y x’ x’’ F Phép quay Euler trong hệ toạ độ chuẩn

Page 13

5.4. Mô tả vật thể Các vật thể là đối tượng làm việc của robot: đa dạng và phong phú, tuy nhiên, có thể dựa vào các đặc điểm hình học để mô tả chúng. Chia hình dáng vật thể thành 3 nhóm chính: - Nhóm vật thể tròn xoay (Rotative): giá trị đặc trưng: tọa độ tâm, bán kính mặt cong - Nhóm vật thể có góc cạnh (Prismatic): đặc trưng bằng tọa các điểm giới hạn -Nhóm vật thể có cấu trúc tổng hợp (Combination): các giá trị tổng hợp

Page 14

Cho một hình lăng trụ đặt trong hệ tọa độ chuẩn O(xyz): Ta thực hiện phép biến đổi: Ta có ma trận tọa độ của 6 điểm đặc trưng mô tả vật:

Showing the first 14 pages. Download the document to see it all.

Comments (0)

Sign in to join the discussion

No comments yet. Be the first!