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《基于空間六自由度機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值解法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、2016年第3期導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)No．32016文章編號(hào)：1004—7182(2016)03-008
2、-04DOh10．7654／j．issn．1004—7182．20160319基于空間六自由度機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值解法張栩曼，張中哲，王燕波，楊濤，鄧濤(北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京，100076)摘要：針對(duì)解析法只能用于特殊構(gòu)型的機(jī)械臂且求解過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量大的f*-l題，提出一種適用于大多數(shù)串聯(lián)型機(jī)械臂的數(shù)值迭代逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。利用該方法，求解自主研發(fā)的空間六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并通過(guò)仿真證明該方法的可靠性。關(guān)鍵
3、詞：空間機(jī)械臂；數(shù)值迭代；正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)中圖分類(lèi)號(hào)：V476文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AInverseKinematicalNumericalMethodBasedon6-DOFSpaceManipulatorZhangXu—man，ZhangZhong-zhe，WangYan-bo，YangTao，DengTao(BeijingInstituteofPrecisionMechanicalandElectricalControlEquipment，Beijing，100076)Abstract：Analyticalmethodisonlyappli
4、cabletothemanipulatorswithspecialstructureandthesolvingprocessiscomplicatedwithalargeamountofcalculation．Aimingatthisproblem，akindofinversekinematicalitemtivemethodisproposedformostserialmanipulators．Thismethodisusedtoobtaintheinversekinematicssolutionofa6-DOFspaceman
5、ipulatorwhichisindependentlyresearchedanddeveloped．Thenthereliabilityofthismethodisprovedthroughthesimulation．Keywords：Spacemanipulator；Numericiteration；ForwardkinematicsandinversekinematicsO引言機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解是機(jī)械臂實(shí)際控制中需要解決的基本問(wèn)題。其中逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解比正運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解更加復(fù)雜，對(duì)于不同的機(jī)械臂構(gòu)型沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的求解方法
6、和步驟。一般機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解方法主要有解析法、數(shù)值迭代法、幾何法等。解析法的優(yōu)勢(shì)在于使用該方法可以求解出所有的根，還可以證明根不存在的情況；缺點(diǎn)在于這種方法一般都非常的繁瑣，需要大量的計(jì)算。數(shù)值迭代法的優(yōu)勢(shì)在于使用這種方法計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，可以求解出大部分機(jī)械臂的逆解?，但每次迭代在給定預(yù)期初值的情況下，最終只能獲得一組解，如果解不存在，數(shù)值迭代將無(wú)法收斂。幾何法可以對(duì)某些特殊的臂型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并利用幾何關(guān)系求解，但是它一般需要和解析法配合使用¨qJ。Pieper證明了有相鄰的3根關(guān)節(jié)軸交于一點(diǎn)的六自由度機(jī)械臂存在封閉解【4】。Du
7、廚證明了有相鄰3根關(guān)節(jié)軸平行的六自由度機(jī)械臂存在封閉解【5]?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的工業(yè)機(jī)器人幾乎都有3根相交軸，一般都可以利收稿日期：2015—03．15；修回日期：2015-05．10作者簡(jiǎn)介：張栩曼(1990．)．女，助理工程師，主要研究方向?yàn)榭臻g機(jī)器人用解析法求得所有的封閉解，再采用其他方法從中選取一組較優(yōu)的可行解16J。姜宏超等【7J針對(duì)六自由度模塊化機(jī)械臂利用解析法求解出了全部逆解。李憲華?、劉金存【2】、張金濤【3】都是利用解析法和幾何法結(jié)合的方法求解出了六自由度機(jī)械臂的全部逆解。但是對(duì)于一些不是此種構(gòu)型的、難以用解析法求其逆
8、解的機(jī)械臂，需要一種比較通用的求解方法。本文所研究的空間機(jī)械臂固連在飛行器本體上組成空間機(jī)器人，用于實(shí)現(xiàn)空間碎片抓捕、在軌服務(wù)等任務(wù)?？臻g機(jī)械臂工作在失重的環(huán)境中，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不會(huì)由前級(jí)向后級(jí)累加，因此設(shè)計(jì)成由6個(gè)相同的模塊化關(guān)節(jié)和臂桿連接組成的模塊化六自由度空間機(jī)械臂。由于本文空間機(jī)械臂安裝范圍、重量指標(biāo)的限制以及工作范圍的要求，機(jī)械臂無(wú)法設(shè)計(jì)成有3根相交軸的結(jié)構(gòu)，因此采用圖l所示的特殊構(gòu)型。該構(gòu)型在逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解問(wèn)題上存在一定的難度和特殊性，使用解析法計(jì)算難以找到一組獨(dú)立不相關(guān)的變量。因此本文使用一種數(shù)值迭代的方法求其運(yùn)動(dòng)學(xué)逆
9、解。圖l空間機(jī)器人1正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的求解1．1運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立要研究機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，就必須建立它的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。一般通過(guò)建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，用數(shù)學(xué)方法抽象機(jī)械臂實(shí)體，描述機(jī)械臂相對(duì)基坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)。本文使用通用的D．H參
