9自由度混聯微創外科機器人的正反解

張 帆 劉 達 王田苗

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院,北京 100191)

9自由度混聯微創外科機器人的正反解

張 帆 劉 達 王田苗

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院,北京 100191)

針對北京航空航天大學機器人研究所最新開發的用于胸腹部冷凍穿刺手術的 9自由度“5R+4T”混聯機器人,基于指數積公式,利用反變換法和逆矩陣的特性,提出了一種在單約束條件下,得到該機器人解析形式正反解的新算法.通過數值算例驗證了正反解的互推性,即算法的有效性,并經過對算例的分析給出了修正方案,擴大了算法的適用范圍.該方法克服了因為混聯機器人自由度多、結構復雜而帶來的難以完成正反解計算的困難,為多自由度混聯機器人的運動學求解提供了一種新的思路.

微創外科;混聯機器人;正反解;指數積

機器人的正解與反解計算作為一對互逆的過程是機器人運動學研究中最基本的問題.諸如工作空間的計算與描述、靈活性和剛度的評價以及機器人的實時控制和軌跡規劃等研究工作都以其為基礎.常見求解方法有很多,如經典的“D-H”法[1],基于指數積的子問題法[2]以及其他基于旋量的方法等.然而,使用上述方法的研究基本都以常規的串聯機器人或并聯機器人為對象[3-5],對于多自由度混聯機器人的整體運動學建模的相關研究報道甚少.

本文所做的工作是針對北京航空航天大學機器人研究所最新開發的用于胸腹外科……