本文關(guān)鍵詞：模塊化六自由度機械臂逆運動學(xué)解算與驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

２０１３年４月

ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１３．０４．０４３

農(nóng)業(yè)機械學(xué)報

第４４卷第４期

模塊化六自由度機械臂逆運動學(xué)解算與驗證

李憲華１　郭永存１　張　軍１　郭　帥２

（１．安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，淮南２３２００１；２．上海大學(xué)ＣＩＭＳ＆機器人中心，上海２００４４４）

摘要：針對六自由度模塊化串聯(lián)機械臂，進行了正運動學(xué)求解，并提出了該種臂型的運動學(xué)逆解計算方法。從機械臂的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，采用ＤＨ法進行結(jié)構(gòu)建模，得到了正運動學(xué)模型。在逆運動學(xué)求解過程中，針對純代數(shù)法找不到該種臂型的獨立不相關(guān)變量方程的問題，采用幾何方法求解機械臂前３個關(guān)節(jié)、后３個關(guān)節(jié)使用反變換法求解，通過給出解的組合原則，得到了該機械臂逆運動學(xué)的完整解析解。為滿足機器人系統(tǒng)編程和實際控制需要，基于ＶＣ＋＋編制了ＭＦＣ的運動學(xué)算法程序，驗證了正逆運動學(xué)求解的正確性，為機械臂精確定位和運動規(guī)劃提供了必要的前提條件。

關(guān)鍵詞：模塊化機械臂　正逆運動學(xué)　組合原則　逆解樹中圖分類號：ＴＰ２４１

文獻標(biāo)識碼：Ａ

文章編號：１０００１２９８（２０１３）０４０２４６０６

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２．ＣＩＭＳ＆ＲｏｂｏｔＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４４４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔ６ＤＯＦｍｏｄｕｌａｒｓｅｒｉａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｆｏｒｗａｒｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄａｎｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ａｆｏｒｗａｒｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＤＨｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｗｏｒｋｓｐａｃｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｏｌｖｉｎｇｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｉｒｒｅｌｅｖａｎｔｖａｒｉａｂｌｅｅｑｕａｔｉｏｎｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄｂｙｔｈｅｐｕｒｅａｌｇｅｂｒａｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｌａｓｔｔｈｒｅｅｊｏｉｎｔｓｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｌｇｅｂｒａｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓａｃｑｕｉｒｅｄｂｙｇｉｖｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄａｃｔｕａｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｆｏｒｗａｒｄａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎＭＦＣｏｆＶＣ＋＋．

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ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ

運動學(xué)逆解的復(fù)雜程度直接與機械臂的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，許多學(xué)者對六自由度串聯(lián)機械臂的逆運

１～９］

動學(xué)研究做出了很大的貢獻［。在求解機械臂逆

　　引言

運動學(xué)是機器人學(xué)研究的基礎(chǔ)課題，包括正運動學(xué)和逆運動學(xué)，而逆運動學(xué)求解是機器人實時控制程序中必需的，一直受到機器人領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者的密切關(guān)注，對逆運動學(xué)的研究熱點主要集中于解的存在性與逆解算法上。

收稿日期：２０１１１６　修回日期：２０１１０６

運動學(xué)的問題中，解析法雖然可以找到全部根，但計算復(fù)雜；幾何法求解針對某些特殊的結(jié)構(gòu)進行簡化，雖然對于一般機械臂不通用，但是其形式簡單；而迭代法大多數(shù)情況下是可行的，但卻無法得到全部解，

８６３計劃）資助項目（２００７ＡＡ０４１６０４）和安徽省博士后基金資助項目（ＤＧ０８１）國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（

作者簡介：李憲華，講師，博士，主要從事機器人技術(shù)研究，Ｅｍａｉｌ：ｘｈｌｉ０１＠１６３．ｃｏｍ

通訊作者：郭永存，，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事礦山機械及自動化研究，Ｅｍａｉｌ：ｙｃｇｕｏ＠ａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

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