一种规避并联机构转向点奇异问题的新方法-中国科学.pdf

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 1 期 : 125 ~ 136 SCIENCE IN CHINA PRESS 一种规避并联机构转向点奇异问题的 新方法 * 王玉新 , 李雨桐, 潘双夏 浙江大学机械与能源工程学院, 杭州 310027 * E-mail: strath_tj@, wang_yuxin@ 收稿日期: 2006-11-14; 接受日期: 2007-01-30 国家自然科学基金资助项目(批准号: 摘要 提出了一种规避并联机构转向点奇异性问题的扰动函数方法. 通过 关键词 研究并联机构的构型分岔特性发现, 单输入参数下的第2 类奇异问题属于转 并联机构 向点奇异类型, 并将并联机构通过转向点的模式划分为: 保持的构型、非保 转向点奇异 持的构型和轨迹路径构型 3 种方式. 研究扰动对构型分岔特性的影响表明, 扰动函数 扰动使未受扰动系统的构型曲线在奇异位置附近被有限分离, 且没有共同的 奇异点. 根据这一发现, 提出了规避并联机构转向点奇异性问题的扰动函数 方法, 并给出了并联机构以保持的构型和非保持的构型通过转向点奇异位置 的扰动函数构造方法. 运动奇异性是并联机构的固有特性. 处于奇异位置的动平台, 其运动输出具有不确定性. 随着并联机构在国防和民用中得到广泛的应用, 并联机构在奇异位置处的运动可控性受到日 益重视, 特别是在航空航天领域, 一旦出现运动失控, 将发生灾难性后果. 为了实现工作空间 的确定运动, 一些学者对如何规避并联机构的运动奇异性进行了研究. Bhattacharya等 [1]提出了一种规避奇异位置的方法: 在接近奇异位置附近重构一条路径, 以使关节上的力总能在允许范围内. Dasgupta等 [2]构造了一种Stewart并联机构在工作空间内规 避奇异和病态的连续路径规划方法: 如果给定起点和终点位置, 这种方法可找到安全点, 并规 划出一条安全路径; 但两点属于不同的路径分支时, 连续路径不存在. Sen 等 [3]等采用混合 Lagrangian方法, 以最小势能获得免奇异的路径, 以动能获得最短路径, 规划免奇异路径. 研 究表明, 合理选择参数可以获得平滑的最短免奇异轨迹. Dash等 [4]提出了一种规避工作空间内 部运动奇异性的路径规划算法, 用于规避由Grasmann’s线丛产生的奇异点. Gosselin[5], Bonev 等 [6], Zhou等 [7], Huang等人 [8] 的研究表明, 并联机构的奇异位置分布在空间多维曲面上. 对于 125 王玉新等: 一种规避并联机构转向点奇异问题的新方法 具有连续工作空间和位姿控制要求的并联机器人, 若使并联机构能够在工作空间内连续免奇 异地运动, 并联机构应该能够穿越由奇异位置分布形成的多维曲面. 由于路径规划规避运动 奇异性的方法需要在连续免奇异工作空间内构造路径, 因此, 需要采用其他方法来解决并联 机构穿越奇异位置分布曲面的问题.