六自由度串聯機械手位置逆解若干問題的研究.pdf

1、六自由度串聯機械手的位置逆解問題一直是機器人學研究領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，可以在此基礎上進行諸多機構學問題的研究；另外，運動學逆解也是機械手進行運動規(guī)劃和軌跡控制的關鍵。目前，已經提出一些準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。本文以這種因關節(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。主要研究內容如下： 1．六自由度機械手在一個關節(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動姿態(tài)參數不加限制，從而把這一轉動虛擬成一個未知的旋轉關節(jié)，這樣欠自由度機械手的位置反解問題就轉換成含有六個未知量的位置反解問題。由于其結構參數發(fā)生變化，成為對新的機構的機械手進行求解，且故障的關節(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方程建立之后，解方程的過程與六自由度串聯機械手的算法類似。 2．本文在將關節(jié)變量的三角函數形式轉化為復指數形式的六自由度串聯機械手位置逆解算法的基礎上，采用將機械手末端姿態(tài)γ虛擬成未知旋轉關節(jié)的方法分別對一般6R串聯機械手、一種1P5R機械手和一種雙關節(jié)6R機械手在不同關節(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。并通過數值算例，驗證了機械手末端姿態(tài)γ不

4、加限制時，不同關節(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機械手位置逆解特征值算法的基礎上，用C++語言實現了六自由度串聯機械手位置逆解算法，利用OpenGL函數庫實現了機械手仿真系統(tǒng)。該算法采用矩陣理論，將求解多項式的根轉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對矩陣的操作，使得對矩陣的操作