多关节机器人逆运动学的逐次检索法研究

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用于工业生产中的多关节机器人叫做工业机器人也叫机械手,国内外机构学研究领域和机器人研究领域的学者一直都致力于其运动学研究,机器人运动学分为正运动学和逆逆运动学。机器人的运动学正运动学研究比较成熟。而机器人逆运动学问题还没有完全解决。对机械手运动学逆问题进行研究分析的难度主要在于机械手结构类型的多样性、方程组的非线性和雅可比矩阵的奇异性,这些问题很容易导致机械手逆运动学没有解析解。而逆运动学目前常用的各种方法都是基于牛顿-拉弗森衍生出来的。本文提出一种新的逆运动学通用解法-逐次检索法,将其应用到6自由度RPY型机械手中,并取得了一定的研究成果。  首先介绍机器人运动学基础,给出了机械手位置和姿态的表示方法,引入齐次变换矩阵,分析机器人正运动学和逆运动学问题,然后讨论了机械手的D-H参数和坐标系,提出逆运动学解析解存在的问题。为后续的研究提供理论基础。  然后引入RPY型六关节机械手,列出RPY型六关节机器人的逆运动学方程,分析其正运动学和逆运动学特性,其逆运动学求解的方式目前常用的是牛顿-拉弗森法,此方法存在的问题就是雅克比矩阵复杂的数学计算和机械手的初始值不合适有可能导致无解。由此,提出一种求RPY型机械手逆运动学解析解的方法来简化雅克比矩阵-逐次顺序检索法,阐述逐次检索法的求解过程,并分析修正系数W(P)对解特性的影响。指出逐次检索法是一种通用的求逆解的方法,不仅可以用于6-自由度的RPY型机械手,也可以用于其他类型多关节机器人。  最后,针对求解RPY型6-自由度机械手逆运动学过程,比较逐次检索法和牛顿迭代法的收敛性和优缺点。并且得出结论:逐次检索法在求逆解的过程中部分将逆运动学问题转化成了正运动学问题,简化了牛顿-拉弗森法的复杂计算,并且收敛速度更快。  
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