一种实用的六自由度机械臂逆运动学解算与验证.pdfVIP

ExchanaeofExDeriencel经验交流 一 种实用的六 自日由度机械臂 逆运动学解算与验证 河南省机械设计研究院有限公司口徐军福 摘 要 本文提出了一种实用的六 自由度机械臂逆运动学求解方法：该方法利用平面几 何法先求解 出前三个关节轴转过的角度 ．然后通过反变换法求得后三个关节轴转过的角度。 最后，根据机械臂每个关节轴的运动范围，按照节能的原则筛选出最优解；利用Matlab仿真 平台的tkoboticsToo]box机器人工具箱进行仿真和验证逆运动学求解算法的正确性：仿真结 果表明该方法大大简化了机械臂逆运动学的求解过程 ．提高了逆运动解的求解速度。 关键词 六 自由度 逆运动学 机械臂 Rob0ticsToolbox 机械臂是通过模仿人的手和臂的设计进行 自 节轴相交点的坐标 ：利用几何法求解出前三个关 动操作装置。可以实现对物体的搬运 、抓取等任 节轴转过的角度：通过反变换法求得后三个关节轴 务 它可以在恶劣的环境或是人类无法工作的情 转过的角度 该方法提出的思路可以应用到几何结 况下。代替人进行作业。因此，机械臂被广泛应 构不同但同属于此类的六自由度机械臂上 该方法 用于机械制造、医疗、冶金、电子、航空航天和原 大大简化了机械臂逆运动解的求解过程．提高了逆 子能等领域。机械臂的逆运动学问题是一个比较繁 运动解的求解速度．能够满足工业机械臂实时控制 琐的过程．其求解的速度和精度能直接影响到机械 中对于快速性和准确性的要求 本文采用matlab 臂控制的精度。因此。对机械臂的逆运动学的研究 编制机械臂运动学算法．结合 RoboticsToolbox 主要集中在解的存在性与逆解算法上 机械臂逆运 工具箱仿真．验证逆运动学求解的正确性。 动学的求解方法主要有：迭代法、解析法和几何 法。其中。可以采用逆运动学来解决二次约束问 题，这样可以提高机器人工作效率。同时，逆解的 算法与机械结构也有很大的关系。所以。可采用基 于分布式和迭代算法来求出多种结构的六自由度机 械臂位置的逆解。有文献利用遗传算法作为并联机 械臂求解的优化方法．将非线陛方程组求解问题转 化为逐个优化的过程来建立数学模型。 图 1 六 自由度模块化机械臂 Groebner基法和人工神经网络虽然理论可 1 正运动学分析 行。但在实际机械臂控制中，存在稳定性和实时 性问题 机械臂正运动学求解一般采用 D—H法进行 本文采用D—H方法对六 自由度模块化机械 结构建模 。确定机器人连杆坐标系，利用矩阵来 臂 (如图 1所示)进行结构建立运动学模型，根 建立机器人机械臂的数学模型。其中，表 1为机 据机械臂末端的位置和姿态矩阵来确定后三个关 械臂的D—H参数与运动范围。 豳28 经验交流 IExchangeofExperience 表 1 机械臂的D—H参数 置和姿态矩阵来确定后三个关节轴相交点的坐标 关节