逆运动学

运动学是运动的研究，而不考虑运动的原因，例如力和扭矩。逆运动学是使用运动学方程来确定机器人的运动达到所需位置。例如，为了执行自动垃圾箱拾取，在制造线中使用的机器人臂需要从初始位置到箱和制造机之间的所需位置的精确运动。机器人臂的抓握末端被指定为末端效应器。机器人配置是在机器人模型的位置限制内的联合位置列表，并且不会违反机器人具有的任何约束。

鉴于所需的机器人的末端执行器位置，逆运动学（IK）可以确定最终效应器移动到目标姿势的适当联合配置。

一旦使用逆运动学计算机器人的关节角度，可以使用雅各比矩阵来生成运动轮廓以将末端执行器从初始姿势移动到目标姿势。雅可比矩阵有助于定义机器人的关节参数和末端执行器速度之间的关系。

与前瞻性运动学（FK）相比，具有多个旋转关节的机器人通常具有多种解决方案对逆运动学，并且根据目的提出了各种方法。金宝搏官方网站通常，它们被分为两种方法，其被分析获得（即分析解决方案）和使用数值计算的另一个方法。

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为了近似实现机器人的指定目标和约束的机器人配置，可以使用数值解决方案。金宝搏官方网站每个接合角度使用算法迭代地计算用于优化，例如基于梯度的方法。

数值IK求解器更通用，但需要多个步骤将解决方案收敛到系统的非线性，而分析IK求解器最适合简单的IK问题。确定应用哪个IK求解器主要取决于机器人应用，例如实时交互式应用程序，以及几种性能标准，例如最终姿势的平滑度和冗余机器人系统的可扩展性。

例子：计划具有多个运动约束的轨迹

您可以使用数值计算使用机器人系统工具箱™和SIMSCASE MULTIBODY™来实现IK。完成工作流程包括：

• 创建刚体树机器人模型
• 从URDF和DH参数导入机器人定义
• 基于CAD中定义的信息构建多体模型
• 计算几何雅各比亚
• 分析前瞻性运动与动态及逆运动学和动力学
• 解决多约束反向运动学
• 分析并行链路机制
• 生成等效的C / C ++代码并将其嵌入其他应用程序中

看机器人系统工具箱和simscape multibody.想要查询更多的信息。

分析逆运动液金宝搏官方网站

基于数学公式，从末端效应器的姿势计算每个关节角度。通过定义关节参数和终效应器象征性地姿势，IK可以作为连杆的长度，其起始姿势和旋转约束的函数找到关节角度的所有可能的解。金宝搏官方网站

分析IK主要用于具有低自由度（DOF）的机器人，由于运动学方程的非线性以及冗余机器人配置的可扩展性缺乏可扩展性。

例子：派生并将逆运动学应用于双链接机器人手臂

符号数学工具箱™可用于分析IK。你可以：

• 定义机器人的终端效应位置和联合参数，象征性地定义正弦和余弦函数
• 解决关节角度的逆运动学方程并生成运动型材
• 将系统Jacobian作为符号表达计算，以获得关节和机器人速度之间的关系
• 将派生表达式转换为MATLAB^®功能块并创建Simulink金宝app^®或Simscape™模型模拟机器人
• 生成等效的C代码，以包含其他应用程序。