本文關(guān)鍵詞：模塊化六自由度機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算與驗(yàn)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(jī)械學(xué)報(bào)

第４４卷第４期

模塊化六自由度機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算與驗(yàn)證

李憲華１　郭永存１　張　軍１　郭　帥２

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

摘要：針對(duì)六自由度模塊化串聯(lián)機(jī)械臂，進(jìn)行了正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并提出了該種臂型的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解計(jì)算方法。從機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，采用ＤＨ法進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，得到了正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解過(guò)程中，針對(duì)純代數(shù)法找不到該種臂型的獨(dú)立不相關(guān)變量方程的問(wèn)題，采用幾何方法求解機(jī)械臂前３個(gè)關(guān)節(jié)、后３個(gè)關(guān)節(jié)使用反變換法求解，通過(guò)給出解的組合原則，得到了該機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的完整解析解。為滿足機(jī)器人系統(tǒng)編程和實(shí)際控制需要，基于ＶＣ＋＋編制了ＭＦＣ的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法程序，驗(yàn)證了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的正確性，為機(jī)械臂精確定位和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供了必要的前提條件。

關(guān)鍵詞：模塊化機(jī)械臂　正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)　組合原則　逆解樹(shù)中圖分類號(hào)：ＴＰ２４１

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

文章編號(hào)：１０００１２９８（２０１３）０４０２４６０６

ＩｎｖｅｒｓｅＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＳｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｕｌａｒ６ＤＯＦＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

１１１２

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（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ２３２００１，Ｃｈｉｎａ

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

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

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｄｕｌａｒｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　Ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ�。裕颍澹澹铮�

ｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ

運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的復(fù)雜程度直接與機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，許多學(xué)者對(duì)六自由度串聯(lián)機(jī)械臂的逆運(yùn)

１～９］

動(dòng)學(xué)研究做出了很大的貢獻(xiàn)［。在求解機(jī)械臂逆

　　引言

運(yùn)動(dòng)學(xué)是機(jī)器人學(xué)研究的基礎(chǔ)課題，包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，而逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解是機(jī)器人實(shí)時(shí)控制程序中必需的，一直受到機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者的密切關(guān)注，對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究熱點(diǎn)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(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題中，解析法雖然可以找到全部根，但計(jì)算復(fù)雜；幾何法求解針對(duì)某些特殊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，雖然對(duì)于一般機(jī)械臂不通用，但是其形式簡(jiǎn)單；而迭代法大多數(shù)情況下是可行的，但卻無(wú)法得到全部解，

８６３計(jì)劃）資助項(xiàng)目（２００７ＡＡ０４１６０４）和安徽省博士后基金資助項(xiàng)目（ＤＧ０８１）國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（

作者簡(jiǎn)介：李憲華，講師，博士，主要從事機(jī)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(jī)械及自動(dòng)化研究，Ｅｍａｉｌ：ｙｃｇｕｏ＠ａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

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