六自由度串聯(lián)機械手位置逆解若干問題的研究.pdf

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

2、度機械手逆解算法問題為研究對象，提出了一種新的方法，并將其運用于解決實際問題中。主要研究內(nèi)容如下： 1．六自由度機械手在一個關(guān)節(jié)發(fā)生故障時，成為五自由度機械手或稱欠自由度機械手。如果機械手抓取的是棒狀物體，可以對手爪圍繞棒中心線的轉(zhuǎn)動姿態(tài)參數(shù)不加限制，從而把這一轉(zhuǎn)動虛擬成一個未知的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這樣欠自由度機械手的位置反解問題就轉(zhuǎn)換成含有六個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，成為對新的機構(gòu)的機械手進行求解，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。一旦位置反解的運動學(xué)方程建立之后，解方程的過程與六自由度串聯(lián)機械手的算法類似。 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)機械手位置逆解算法的基礎(chǔ)上，采用將機械手末端姿態(tài)γ虛擬成未知旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的方法分別對一般6R串聯(lián)機械手、一種1P5R機械手和一種雙關(guān)節(jié)6R機械手在不同關(guān)節(jié)發(fā)生故障時形成的欠自由度機械手進行了位置逆解的求解。并通過數(shù)值算例，驗證了機械手末端姿態(tài)γ不

4、加限制時，不同關(guān)節(jié)故障的六自由度機械手位置逆解的過程不同，并且解的個數(shù)也不同。這種具有容錯性能的機械手位置逆解算法也可以用于一般的欠自由度機械手的位置逆解。 3．本文還在六自由度串聯(lián)機械手位置逆解特征值算法的基礎(chǔ)上，用C++語言實現(xiàn)了六自由度串聯(lián)機械手位置逆解算法，利用OpenGL函數(shù)庫實現(xiàn)了機械手仿真系統(tǒng)。該算法采用矩陣?yán)碚?，將求解多項式的根轉(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現(xiàn)對矩陣的操作，使得對矩陣的操作