機(jī)器人機(jī)構(gòu)逆運(yùn)動學(xué)問題的模塊化算法研究.pdf

1、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的逆運(yùn)動學(xué)算法是機(jī)器人運(yùn)動控制算法設(shè)計(jì)及運(yùn)動規(guī)劃的基礎(chǔ)，關(guān)系到機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性和精確性。傳統(tǒng)的機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)求解方法一般都存在計(jì)算量大、計(jì)算結(jié)果不精確且通用性較差等缺點(diǎn)。建立一種高效且通用的機(jī)器人逆解幾何算法就顯得很有意義和必要。 本文針對D-H參數(shù)建模方法的不足，基于旋量理論，提出了利用機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正解映射的指數(shù)積公式構(gòu)造運(yùn)動學(xué)逆解問題的幾何算法。這種方法設(shè)法將整個(gè)運(yùn)動學(xué)逆問題分解成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)子問題，這些子問題具有

2、明確的幾何意義和數(shù)值穩(wěn)定性，并且可以重復(fù)利用。使得求解過程變得簡單有序，大大提高了運(yùn)算效率。 針對機(jī)器人機(jī)構(gòu)的常見結(jié)構(gòu)形式，通過分析、歸類，形成了具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)子問題，并分別研究了其逆運(yùn)動學(xué)算法及所蘊(yùn)涵的幾何意義。子問題作為一個(gè)完整的機(jī)器人運(yùn)動鏈的子鏈，可以應(yīng)用幾何方法求得其解析解，而且可以在求解整個(gè)指數(shù)積方程的運(yùn)動學(xué)逆解過程中反復(fù)使用。 闡述了如何利用剛體運(yùn)動的性質(zhì)對指數(shù)積方程進(jìn)行分解，討論了指數(shù)積方程可以分解的條件

3、，將可利用子問題方法求得其運(yùn)動學(xué)逆解的機(jī)器人構(gòu)型分為兩類：具有：IRJ(intersecting revolutejoints)構(gòu)型的機(jī)器人與具有NRJ(non-．intersecting revolute joints)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，并分別給出了它們的求解算法。利用子問題方法求解機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)逆解可以分為三步進(jìn)行：1)判斷該機(jī)器人機(jī)構(gòu)是否可分解；2)進(jìn)行分解；3)利用子問題進(jìn)行求解。 子問題方法的應(yīng)用為各種構(gòu)型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動學(xué)