超冗余全方位移动操作臂的逆运动学求解-哈尔滨工业大学学报.PDF

第４２卷　第９期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 Ｖｏｌ４２ Ｎｏ９ 　 　 ２０１０年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｓｅｐ．２０１０ 　　　　　　 超冗余全方位移动操作臂的逆运动学求解 徐慧娜，闫继宏，于振中，陈志峰，赵　杰 （哈尔滨工业大学 机器人研究所，哈尔滨 １５００８０，ｘｕｈｕｉｎａ５１１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ） 摘　要：针对超冗余度机器人的运动学逆解求解快速性与优化性难以兼顾的问题，对于一类９自由度超冗 余全方位移动操作臂，提出一种关节等效和局部优化相结合的逆运动学求解方法．分析系统结构特点，在位 姿分离的基础上对不同自由度合理分组．根据手爪的抓取姿态求得腕点位置，并以关节角运动幅度最小为目 标函数，将决定腕点高度的两个关节的优化求解转化为二元函数的条件极值问题，在快速准确求解的同时有 效利用了系统的冗余特性．仿真实验表明，该方法能够兼顾实时性、准确性和优化性的要求． 关键词：移动操作臂；超冗余度；逆运动学；关节等效；局部优化 中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１０）０９－１４０８－０５ Ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒａｈｙｐｅｒｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｂｉｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ＸＵＨｕｉｎａ，ＹＡＮＪｉｈｏｎｇ，ＹＵＺｈｅｎｚｈｏｎｇ，ＣＨＥＮＺｈｉｆｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉｅ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ，ｘｕｈｕｉｎａ５１１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒａｐｉｄａｎｄｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｏｆｈｙｐｅｒｒｅｄｕｎｄａｎｔｒｏｂｏｔ，ａｎｉｎ ｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｊｏｉｎｔｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔａｎｄｐａｒｔｉａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒａｈｙｐｅｒｒｅ ｄｕｎｄａｎｔｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍｏｂｉｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈ９ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｒｅａｓｏｎａｂｌｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｅｐａｒａｔｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｏｓｉ ｔｉｏｎｏｆｗｒｉｓｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｏｓｔｕｒｅｏｆｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｍｉｎｉｍａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｉｓｔａｋｅｎａｓｏｂ ｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｔｈｅｔｗｏｊｏｉｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｗｈｉｃｈｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｗｒｉｓｔｉｓｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏ ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌｅｘｔｒｅｍｅｆｏｒ２ｖａｒｉａｂｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｂｙｔｈｉｓｗａｙ，ｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｅｆｆｅｃ ｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｗｈｉｌｅｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｒｅａｌｔｉｍｅ，ａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｈｙｐｅｒｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ；ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；ｊｏｉｎｔｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ；ｐａｒｔｉａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ