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第３８卷第７期机械工程学报ｖ。１．３８Ｎｏ．７
２００２年７月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧｒＮＥＥＲＩＮＧＪｕ１．２００２
冗余度机器人多关节故障的
运动学容错性及其优化
李健李剑锋武桢圈
北京航空航天大学机器人研究所（北京１０００８３）
摘要：首先基于对冗余度机器人故障构形的操作灵巧性分析，推导出机器人各阶子构形可操作度之间的关系。其
次，分析了多关节故障构形下的相对操作灵巧性，并进一步由子构形的可操作度及对应的相对可操作度出发，提
出了适用于多关节故障的运动学容错性优化目标。这种算法具有计算量小、可在线实时运算并保证关节速度连续
的特点，所提优化目标适用于一个或多个关节故障。算例显示了算法的有效性。
关键词：冗余度机器人多关节故障容错性指标容错优化算法
中图分类号：ＴＰ２４２
０前言多关节故障的容错性１
机器人常被用于遥操作或危险环境下来代替人设机器人的末端操作速度为∈Ｒ，关节速
类从事危险操作，恶劣的工作环境使机器人出现故度为圣∈Ｒ，操作速度与关节速度圣之间存在如
障的概率有所增加，却又不便于进行修复，因而对下映射关系
机器人的可靠性提出了更高的要求。文献［１］首先厨（１）
＝
提出利用机器人的冗余特性实现容错操作，并以“最
式中．，——机器人的雅可比矩阵
差灵活性”作为评价指标来度量机器人的容错性。
．，＝Ｌ，ｌＪ２…ｊ
文献［２，３］在“最差灵活性”的基础上给出了运动学
ｍ——任务空间的维数
容错性和动力学容错性的度量方法，并以“最差灵
关节数目
活性”作为优化目标，研究了冗余度机器人容错操——
．，——对应于关节ｆ单位运动所产生的末端
作的优化控制算法。文献［４，５］还分别对故障检测、
速度
故障恢复过程及其控制方法进行了研究。
假设操作中有ｓ个关节出现故障，不妨令这些
上述文献主要研究了单个关节出现故障时的容
故障关节分别为ｉｌ，ｆ：，…，，由于这ｉ些关节不再影
错性问题，其方法是以故障构形的最小奇异值来度
响机器人末端的操作速度，可将对应的列矢量
量机器人的容错性，由于必须进行大量的奇异值计
Ｊ，『Ｊ一，『＾从矩阵．，中删除，重构的机器
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