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1、一种串联机器人运动学快速求解方法刘蕾一种串联机器人运动学快速求解方法AFastSolvingMethodforSeriesRobotKinematics刘蕾(安徽埃夫特智能装备有限公司,安徽芜湖241000)摘要:针对6自由度串联机器人运动学求解出现的选解难、漏解、精度不高等问题,提出了一种几何法和反变换法相结合的求解方法,克服了现有一些运动学分析算法中存在的计算量大、时间长、实时性差等缺点。在多解选择时,采用就近原则和逐级剔除的方法,避免了机器人由于选解不合适导致的飞车现象。这种方法已经在机器人上成功应用。实际结果表明,提出的方法是正确可行的。关键词:机器人运动学几何法反
2、变换法坐标系中图分类号:TH85;TP242+.2文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201508017Abstract:Aimingattheproblemsexistingin6-DOFseriesrobotkinematicssolving,e.g.,difficultyinselectingsolving,misssolving,andlowaccuracy,etc.,thesolvingmethodcombininggeometricmethodandinversetransformmethodisproposedto
3、overcomethedisadvantagesofsomeoftheexistingkinematicsanalysisalgorithms,i.e.,largeamountofcalculation,longertime,andpoorrealtimeperformance.Inselectionofmultiplesolutions,usingmethodsofproximityprincipleandsequentialextraction,theexcessivespeedphenomenonofrobotunderinappropriateselectionof
4、solutionscanbeavoided.Themethodhasbeensuccessfullyappliedinrobots.Practicalresultsindicatethatthemethodproposediscorrectandfeasible.Keywords:RobotKinematicsGeometricmethodInversetransformCoordinatedsystem统运算的实时性;利用反变换法求解后3个关节的关0引言节角度,通过“就近原则”选择机器人唯一一组解。机器人运动学问题是机器人控制研究的基本问题1建立坐标系之一。目前,工业机器
5、人轨迹跟踪等问题的研究大多还集中在关节空间中。运动学分析求解的快速性与实建立坐标系的原则是:各个关节的旋转轴定义为[5]时性将直接影响机器人轨迹跟踪等问题的控制性Z轴,而且坐标系和关节角的方向均满足右手法则。[1]能。6自由度串联机器人的运动学分析主要有3种如图1所示,建立相应的各个关节的坐标系。其中,全[2][3-4]方法:DH参数法、几何法和反变换法。DH参局坐标系为O-XYZ,简记为0系;各个关节为1、0000数法是一种应用广泛的方法,但繁琐的矩阵运算不利2、3、4、5、6系;工具坐标系为T系。于算法的实时实现。几何法一般求解较困难,通用性不好,但从控制效果来看,几何
6、法精度高、计算快,使其成为一种优越的运动学算法,适用于自由度较少的机械机构。反变换法适合结构简单、易于分析的机器人,但运算过程中往往会出现反正弦和反余弦的求解,在机器人逆运动学计算时就会出现多解。机器人运动只能有一组解,如果在选解时出现错误,机器人便会出现飞车现象。本文在分析6自由度串联机器人逆运动学时,利用几何法求解前3个关节的关节角度,大大提高了系国家高技术研究发展计划(863计划)基金资助项目(编号:2014AA041601)。修改稿收到日期:2014-12-10。作者刘蕾(1981-),女,2008年毕业于东北大学机械电子工程专业,图1机器人模型获硕士学位,工程师;
7、主要从事工业机器人运动控制算法、轨迹规划等方面的研究。Fig.1Robotmodel《自动化仪表》第36卷第8期2015年8月65一种串联机器人运动学快速求解方法刘蕾[6]置和姿态。此处的固定参考坐标系就是坐标系0。首2机器人运动学分析先用坐标变换来描述从坐标系0到坐标系T的变换。从12图1可知,从0到1的变换矩阵为T,依次类推有T、2.1正运动学分析013456T、T、T和T,从而可以得到从坐标系0到坐标系6机器人正运动学分析就是已知杆件几何参数和关节23456T6T角矢量,求机器人末端执行器相对于固定参考坐标的
