模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证
本文关键词：模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证，由笔耕文化传播整理发布。
２０１３年４月
ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１３．０４．０４３
农业机械学报
第４４卷第４期
模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证
李宪华１ 郭永存１ 张 军１ 郭 帅２
（１．安徽理工大学机械工程学院，淮南２３２００１；２．上海大学ＣＩＭＳ＆机器人中心，上海２００４４４）
摘要：针对六自由度模块化串联机械臂，进行了正运动学求解，并提出了该种臂型的运动学逆解计算方法。从机械臂的结构特点出发，采用ＤＨ法进行结构建模，得到了正运动学模型。在逆运动学求解过程中，针对纯代数法找不到该种臂型的独立不相关变量方程的问题，采用几何方法求解机械臂前３个关节、后３个关节使用反变换法求解，通过给出解的组合原则，得到了该机械臂逆运动学的完整解析解。为满足机器人系统编程和实际控制需要，基于ＶＣ＋＋编制了ＭＦＣ的运动学算法程序，验证了正逆运动学求解的正确性，为机械臂精确定位和运动规划提供了必要的前提条件。
关键词：模块化机械臂 正逆运动学 组合原则 逆解树中图分类号：ＴＰ２４１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００１２９８（２０１３）０４０２４６０６
ＩｎｖｅｒｓｅＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＳｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｕｌａｒ６ＤＯＦＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ
１１１２
ＬｉＸｉａｎｈｕａ ＧｕｏＹｏｎｇｃｕｎ ＺｈａｎｇＪｕｎ ＧｕｏＳｈｕａｉ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ２３２００１，Ｃｈｉｎａ
２．ＣＩＭＳ＆ＲｏｂｏｔＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔ６ＤＯＦｍｏｄｕｌａｒｓｅｒｉａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｆｏｒｗａｒｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄａｎｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ａｆｏｒｗａｒｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＤＨｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｗｏｒｋｓｐａｃｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｏｌｖｉｎｇｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｉｒｒｅｌｅｖａｎｔｖａｒｉａｂｌｅｅｑｕａｔｉｏｎｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄｂｙｔｈｅｐｕｒｅａｌｇｅｂｒａｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｌａｓｔｔｈｒｅｅｊｏｉｎｔｓｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｌｇｅｂｒａｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓａｃｑｕｉｒｅｄｂｙｇｉｖｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄａｃｔｕａｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｆｏｒｗａｒｄａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎＭＦＣｏｆＶＣ＋＋．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｄｕｌａｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｔｒｅｅｏｆ
ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ
运动学逆解的复杂程度直接与机械臂的结构有很大关系，许多学者对六自由度串联机械臂的逆运
１～９］
动学研究做出了很大的贡献［。在求解机械臂逆
引言
运动学是机器人学研究的基础课题，包括正运动学和逆运动学，而逆运动学求解是机器人实时控制程序中必需的，一直受到机器人领域专家和学者的密切关注，对逆运动学的研究热点主要集中于解的存在性与逆解算法上。
收稿日期：２０１１１６ 修回日期：２０１１０６
运动学的问题中，解析法虽然可以找到全部根，但计算复杂；几何法求解针对某些特殊的结构进行简化，虽然对于一般机械臂不通用，但是其形式简单；而迭代法大多数情况下是可行的，但却无法得到全部解，
８６３计划）资助项目（２００７ＡＡ０４１６０４）和安徽省博士后基金资助项目（ＤＧ０８１）国家高技术研究发展计划（
作者简介：李宪华，讲师，博士，主要从事机器人技术研究，Ｅｍａｉｌ：ｘｈｌｉ０１＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：郭永存，，教授，博士生导师，主要从事矿山机械及自动化研究，Ｅｍａｉｌ：ｙｃｇｕｏ＠ａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
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