一种液压机械臂逆运动学求解的新算法

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1、学兔兔www.xuetutu.com务l匐似一种液压机械臂逆运动学求解的新算法Anewalgorithmofinversekinematicforhydraulicmanipulator刘金存，鲁守银，姜振廷，刘珍娜，黄晓萍LlUJin—cun，LUShou—yin，JIANGZhen．ting，LIUZhen．na，HUANGXiao．ping(山东建筑大学信息与电气工程学院，济南250101)摘要：由于液压驱动机械臂与电机驱动的不同，在其逆运动学求解上也存在差别，针对本文涉及的液压机械臂的逆运动学问题，提出

2、一种几何法和代数法相结合的新算法。首先应用几何法，确定第一个关节的值，再运用代数找出与第五个关节、第六个关节角度的关系，求解，最后通过几何法变化关系，求出其余各个关节角。通过Matlab、ADAMS软件仿真验证了算法的正确性。提出的算法直观、简洁、实用性强，并且适合大多数液压机械臂逆解的求解。关键词：逆运动学；几何法；机械臂中国分类号：TP241．2文献标识码：A文章编号：1009-0134(2013)06(上)-0039-04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2013．o6(上)．12

3、0引言~,Pau1．R．P．在文献[4】中提出的解析算法对后来的机器人逆运动学研究起到了指导作用。但是大多机械臂是指具有传动执行装置的机械，它由数的研究都是针对电机驱动的轻型机器人进行研手臂、关节和末端执行装置构成，组合为一个互究，对液压驱动机械臂的研究较少。不能单纯的相连结和互相依赖的运动机构u。应用范围从普通套用解决电机驱动求逆解的方法。如果采用代数的搬运、焊接作业扩展到海洋资源探索、核能利法，由于奇异解的存在，从众多的可能解中选择用、航空、抢险救灾等非结构化环境和领域。正确的解比较困难n。如果采用迭代法，

4、那么需机械臂的驱动方式分为：电动式、气动式和要复杂的运算而且不能保证收敛于正确的解。采液压式。电机驱动的特点是调速方便，但是输出用几何法比较直观，可以根据各个关节的活动范扭矩小；气压驱动特点是动作迅速、结构简单，围在运算过程中去掉不适合的解。如果六自由度但气压不可太高，故负载能力较低；液压驱动的机械手的最后三个关节轴相交于一点，那么就可以特点是承载能力大、传递运动平稳、运动惯量小用几何法来解十分简单l8】，对于本文涉及的定制的等u⋯。因此以液压驱动为主的多关节作业机械手kraft液压机械臂如图2所示，它的末端三

5、个关节轴已成为工业环境尤其是特种环境作业的主要方向不能相交于一点，因此本文提出一种几何法和代式。如图1所示为TITAN液压机械臂，由于重量数法相结合的新算法来解决逆运动学解的问题。轻，持重大，非常适合在对运载体积有要求的水下机器人上使用。如果采用电机驱动，在水下作1液压机械臂运动学正解业势必要用耐压壳体包裹整个电机驱动系统，工液压机械臂是一个6自由度且都是旋转关节的作水深受电机允许重量的限制。机械臂，为了描述相邻连杆间的转动的关系，最液压机械臂于电机驱动机械臂的不同还在于常用的就是D—H坐标变换法。它的坐标系的

6、选几何结构与活动范围的不同，电机驱动能够驱使择如下：电机实现360。旋转，而液压驱动不能实现，因此1)Zi坐标轴是沿着第+1关节的运动轴；电机驱动比液压驱动更容易发生干涉，液压驱动2)Xi轴沿着zf和Zi—l公垂线的方向，指向离机械臂相对于电机驱动机械臂而言，其工作状态开zH轴的方向，并且最好使的方向在同一方由于其驱动方式、关节活动范围受限而受到众多向上；的约束因此在运动学求解上与电机驱动不同。虽3)Yi轴是根据和通过右手定则来确定然国内外对机械臂运动学的研究已经相当成熟，的。收稿日期：2013—04-19基金

7、项目：国家863计划项目(2012AA041506)作者简介：刘金存(1987一)，男，在读研究生，研究方向为智能机器人。第35卷第6期2013—06(上)【39】学兔兔www.xuetutu.com务1訇似(~4C4]0s50l日。Ics。l100l001j其中，Cf=cos0，Sf=sin0。且r6o=。碍=i(2)图1TITAN液压机械臂图：：J其中方向矢量表示手抓的移动向量，它指参数的选择如下：向手抓的开合方向，接近矢量表示夹手进入物1)0表示f_l轴与f轴之间的夹角，绕着体的方向，法线矢量元表示末端手

8、抓的法向量，Zi一1轴右旋为正：由矢量的交乘所规定：元=O一×a一。2)di表示沿着zf_l轴的移动的距离；2液压机械臂运动学逆解3)f表示2i一1轴与zf轴之间的夹角，绕着Xi机械手运动学逆解是巳知末端执行器的坐标一1轴右旋为正；位置(或位姿)来计算机械手各个关节的角度值，也4)口f表示沿着f_1轴的移动的距离。就是所谓的机械手的逆向运动学问题，它是正向运根据上述的规则，建立液压机械