基于matlab的机器人工作空间求解方法

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1、2009年12月机械科学与技术December2009第28卷第12期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol.28No.12基于Matlab的机器人工作空间求解方法赵燕江，张永德，姜金刚，邵俊鹏(哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨150080)赵燕江摘要:在对现有的机器人工作空间求解方法对比研究的基础上，提出了一种新的基于Matlab的机器人工作空间求解方法———仿真法，利用Matlab/Simulink中的SimMechanics工具箱

2、，根据机器人的结构进行建模，利用仿真的形式跟踪手臂末端轨迹，并记录其末端点到达的位置坐标，绘制和计算出机器人工作空间。此求解方法克服了传统方法中对机器人运动学正、反解求解的弊端，也克服了利用极限理论编程运算的复杂。笔者将仿真法与蒙特卡洛法进行比较，结果证明仿真法得到的工作空间，不论是求解速度、图形效果还是数值计算结果均优于蒙特卡洛法。关键词:灵巧手;工作空间;Matlab;仿真法;蒙特卡洛法中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1003-8728(2009)12-1657-05AMethodforSolvi

3、ngRobotWorkspaceBasedonMatlabZhaoYanjiang，ZhangYongde，JiangJin′gang，ShaoJunpeng(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080)Abstract:Onthebasisofanalysisandcomparisonofexistingmethodsforsolvingroboticworkspace，wepu

4、tfor-wardanewmethodnamedsimulationmethodbasedonMatlabsoftware.ThismethodutilizestheSimMechanicstoolboxinSimulinkinMatlabsoftwaretoestablishstructuralmodel，andrecordsthecoordinatesofthearmtipinsimulation.Then，theroboticworkspaceisdrawnandcalculated.Thismethodav

5、oidspositiveandinversekinemat-icssolutions，andovercomesthecomplexprogrambasedonlimitationtheory.WealsocomparethesimulationmethodwiththeMonte-Carlomethod.ResultshowsthatthesimulationmethodissuperiortotheMonte-Carlometh-odnotonlyinslovingspeed，butalsoinfigureeff

6、ectandnumericalcalculationoftheworkspce.Inaddition，thismethodispractical，anditintegratescomputationandsimulation.Keywords:dexteroushand;workspace;Matlab;simulationmethod;Monte-Carlomethod机器人工作空间的大小代表了机器人的活动范络来确定工作空间边界，但其直观性不强，十分繁［4，5］围，它是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指琐，一般

7、只适用于关节数少于3个的机器人。［1］标。在机器人的优化设计、控制及应用过程中，图解法求解的工作空间边界，得到的是工作空间的工作空间都是一个需要考虑的重要问题。机器人的各类剖截面或者剖截线，这种方法直观性强，但是也工作空间定义为，不同关节运动所达到的末端执行受到自由度数的限制，当关节数较多时必须进行分［6，7］器的所有位置的集合，该集合称为可达工作空组处理。数值法是以极值理论和优化方法为基［2］间。础的，计算机器人工作空间边界曲面上的特征点，构目前，机器人工作空间的求解方法主要有解析成边界曲线，再构成边界曲面。具有

8、代表性的成果法、图解法以及数值法［2，3］。解析法是通过多次包［8～10］有搜索法、迭代法和蒙特卡洛法。另外，文献［11］中提出的方法也应属在数值法之列。但此方收稿日期:20080804法的运算量非常大，还需要进行运动学正解运算。基金项目:黑龙江省教育厅科技计划项目(10541055)资助笔者介绍一种仿真法求解机器人工作空间，不但可作者简介:赵燕江(1979