機器人運動學的空間解析方法研究

陳 洪

(福建省三明市東辰機械制造有限責任公司，福建 三明 365500)

0 引言

機器人在各行各業中的應用越來越廣，機器人逆運動學是機器人應用中的重要環節和主要方式，機器人的逆解問題又是機器人逆運動學的基礎。逆解問題即已知機械臂末端的位置和姿態，求各個關節角，通常一種末端姿態對應多組關節角度。逆解問題的傳統解法是采用坐標變換方法，即首先為每個連桿建立一個坐標系，然后建立操作臂逆運動學方程，再通過坐標逆變換，經過人工觀察挑選可以求解的方程，最后對該方程進行求解[1]。如果機器人在狹窄空間中作業時則需要先計算出關節的角度再確定機器人的整體形態[2]。本文提出的空間解析方法采用與坐標逆變換法相反的次序來求解運動學問題，即根據機器人連桿的相對運動關系，在笛卡爾空間建立一個關于關節點坐標的數學模型，求解得到關節點的坐標，然后再根據機器人的結構特點計算出關節變量，可以優先確定機器人的整體位形。

1 空間解析方法

空間解析方法是以各個關節點的坐標為目標建立數學模型。

1.1 位置分析

關節點的選取原則是：關節軸線方向與連桿方向一致的關節不設為關節點，連接相鄰連桿在同一平面的關節設為一個關節點；如果前面連桿連接關節軸線方向與連桿方向一致的關節時，設為兩個關節點，其他情況仍設為一個關節點。

在機器人機構中常用到的關節有轉動關節和移動關節。……