六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解若干問題的研究.pdf

1、六自由度串聯(lián)機(jī)械手的位置逆解問題一直是機(jī)器人學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。從逆解算法中得到的輸入輸出方程具有很大的理論研究?jī)r(jià)值，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行諸多機(jī)構(gòu)學(xué)問題的研究；另外，運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解也是機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的關(guān)鍵。目前，已經(jīng)提出一些準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性都比較好的逆解算法，也有一些針對(duì)欠自由度機(jī)械手的逆解算法，但對(duì)于因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由度機(jī)械手的位置逆解都不能使它達(dá)到更多位姿，完成大部分原計(jì)劃任務(wù)。本文以這種因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由

2、度機(jī)械手逆解算法問題為研究對(duì)象，提出了一種新的方法，并將其運(yùn)用于解決實(shí)際問題中。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．六自由度機(jī)械手在一個(gè)關(guān)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，成為五自由度機(jī)械手或稱欠自由度機(jī)械手。如果機(jī)械手抓取的是棒狀物體，可以對(duì)手爪圍繞棒中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)不加限制，從而把這一轉(zhuǎn)動(dòng)虛擬成一個(gè)未知的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這樣欠自由度機(jī)械手的位置反解問題就轉(zhuǎn)換成含有六個(gè)未知量的位置反解問題。由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，成為對(duì)新的機(jī)構(gòu)的機(jī)械手進(jìn)行求解，且故障的關(guān)節(jié)是

3、不確定的，因而反解程序須滿足這一不確定性要求。一旦位置反解的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立之后，解方程的過程與六自由度串聯(lián)機(jī)械手的算法類似。 2．本文在將關(guān)節(jié)變量的三角函數(shù)形式轉(zhuǎn)化為復(fù)指數(shù)形式的六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解算法的基礎(chǔ)上，采用將機(jī)械手末端姿態(tài)γ虛擬成未知旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的方法分別對(duì)一般6R串聯(lián)機(jī)械手、一種1P5R機(jī)械手和一種雙關(guān)節(jié)6R機(jī)械手在不同關(guān)節(jié)發(fā)生故障時(shí)形成的欠自由度機(jī)械手進(jìn)行了位置逆解的求解。并通過數(shù)值算例，驗(yàn)證了機(jī)械手末端姿態(tài)γ不

4、加限制時(shí)，不同關(guān)節(jié)故障的六自由度機(jī)械手位置逆解的過程不同，并且解的個(gè)數(shù)也不同。這種具有容錯(cuò)性能的機(jī)械手位置逆解算法也可以用于一般的欠自由度機(jī)械手的位置逆解。 3．本文還在六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解特征值算法的基礎(chǔ)上，用C++語言實(shí)現(xiàn)了六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解算法，利用OpenGL函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手仿真系統(tǒng)。該算法采用矩陣?yán)碚?，將求解多?xiàng)式的根轉(zhuǎn)化為直接求解矩陣特征值的問題，并且在軟件中用矩陣類實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣的操作，使得對(duì)矩陣的操作