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1、计算机测量与控制.2010.18(7)设计与应用ComputerMeasurement&Control1637文章编号:16714598(2010)07163704中图分类号:TP241文献标识码:A高精度解耦六自由度机械臂逆运动学解法付荣,居鹤华(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100124)摘要:根据6自由度机械臂正交解耦的结构特点,采用位姿分解方式,将6自由度逆运动学降为3自由度位置逆运动学、3自由度方向逆运动学;利用欧几里德范数导出机械臂定位、定向的逆运动
2、学解析解,使机械臂高速、准确运动。在定向控制方面,提出一种以单位四元数为目标输入的控制形式,只需计算两个角度逆解,既简化计算,又利于实际操作;利用逆运动学计算机械臂的工作空间和奇异点空间,借助移动机器人车体自由度弥补因计算以及关节长度不够引起的奇异位形,极大扩展了机械手臂的有效运动区域。关键词:六自由度机械臂;逆运动学;解析解;高精度Real-timeandHigh-accurateInverseKinematicControlAlgorithmforDecoupledSix-DOFManipulator
3、FuRong,JuHehua(1CollegeofElectronicInformationandControlEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:Thispaperdescribesanapproachofinversekinematicalcontrolfor6DOForthogonalanddecoupledmanipulator.Basedonthestructurecharacteris
4、ticofthiskindofmanipulators,thekinematicalmodelissimplifiedtoa3DOForientationcalculationand3DOFposturecalculation.Thistwopartofkinematicalcalculationareindependent.ThepositionandattitudedeterminationproblemofthismanipulatorissolvedbasedonEuclidnorm.Atth
5、esametime,thispapertookquaternionasthecontrolinputtosolvetheattitudedeterminationproblem.Thesemethodscansimplifythecomputation,achievetherealtimeandaccuracyrequirements,andalsoeasytoimplement.Byanalyzingthesingularityofthemotionregionofthemanipulation,an
6、ewmethodtoexpandthemotionregionisproposedbyusingextraDOFfromrover.Keywords:6-DOFmanipulator;inversekinematiccontrol;analyticalsolution;high-accurate0引言信息,驱动相机盒达到指定位置和朝向的6R机械臂。借鉴文一般6R机器人的实数逆运动学解的上限为16[1],LEE[2]献[8]的方法,利用机械臂正交的特殊构型,将一元四次方程简化为一元二次方程,计算量更小,且
7、解耦过程简单。等利用矢量乘法找到14个线性无关的逆运动学方程,利用分机械臂的奇异位形是由于处在特殊位置,无法计算出关节离变量将其化为关节变量半角正切的一元16次方程。MAN[3]角度,导致的运动不可达。本文借用B2型月球车的自由度弥FRED利用多维几何和运动学图像理论简化了一元16次方补机械臂自由度不足,使其避免不可达位置,扩展机械臂的运程的获取和变量的求解。但是以上方法仍存在精度不够高和计[4]动空间。算复杂的缺点。刘松国在这些研究基础上提出基于矩阵分解的一般6R机器人实时高精度逆运动学算法,满足精度
8、要求,1逆运动学分析[5][6]解耦操作手的逆运动学包括腕心的定位逆解和定向逆解,计算相对简单。SaeedB.Niku、孙亮利用机械臂运动学模型的矩阵变换,将变量解耦,求得各关节角度解析解。在满即已知腕心在机械臂坐标系位置和方向单位矢量及旋转角度,足高精度的同时,计算简单,但解耦过程复杂。求各关节需要旋转的角度。对于解耦6自由度机械臂的逆运动学,简化为3自由度位本文研究的B2型月球车上驱动相机盒运动的正交解耦机置求解、3自由
