六自由度機械手(編輯修改稿)
2025-07-17 03:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ”、 “丁學(xué)恭，機器人控制研究[M ]，浙江大學(xué)出版社, 2022, 9”、博士論文“基于視覺的六自由度機械臂控制技術(shù)研究” 、 “激光焊接的關(guān)節(jié)型機器人運動誤差分析” 、 “6 自由度機器人梯形速度控制直線插補算法研究” “六自由度機械臂的運動學(xué)分析” 、 “六自由度機械手運動控制”等對 6 自由度機械手臂的運動設(shè)計主要進行了 位姿與指尖的空間位置之間的關(guān)系的研究，目標位姿的預(yù)測分析，受限目標到達及避障的分析，沿線路運動的分析，計算的誤差分析等的研究說明，最終還對本次的所有項目做了總結(jié)。2位姿與指尖的空間位置之間的關(guān)系 機器人關(guān)于六個自由度的每一個組合 (Θ =Θ1,Θ2,Θ3,Θ4,Θ5,Θ6), 表示機械臂的一個位姿, 顯然每個位姿確定頂端指尖的空間位置 X : f (Θ) → 2, 對所給的機械臂在其各個關(guān)節(jié)點建立相應(yīng)的笛卡爾坐標系。其中以 A 為原點建立的坐標系就是題中給出的坐標系, 1 坐標系和 2 坐標系的原點都建立在 B 點, 3 坐標系建在 C 點, 4, 5, 6 坐標系的原點都重合地建立在 D 點, 每個坐標系的 Z 軸都和相應(yīng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸所在直線重合。 圖 機械臂示意圖 圖 機械臂各個關(guān)節(jié)處的笛卡爾坐標系各個連桿變換矩陣如下:3其中 jT i 表示從關(guān)節(jié) i 坐標系轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié) j 坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣。各連桿變換矩陣相乘, 得到機械臂的變換矩陣為: 0T 6 =0T 1(Θ1 )1T2(Θ2) 2T 3(Θ3) 3T 4(Θ4) 4T 5(Θ5) 5T 6(Θ6) 所以, 第 6 個坐標系中的坐標 (x 6, y 6, z6, 1)T 在以基座 A 為原點的坐標系的表示為：(x 0, y 0, z0, 1)T=0T 6(x6, y 6, z 6, 1)T 對 E 點, 其在第六個坐標系中的坐標為(0, 0, 65, 1)T, 容易得到 E 點在基座 A 為原點的坐標系中的坐標, 它與 Θ 6無關(guān)。目標位姿預(yù)測分析對于給定的可達目標點, 我們首先需要做的就是預(yù)測機械臂在到達目標點時的位姿, 即各個旋轉(zhuǎn)軸的角度 . 目標位姿預(yù)測 對目標位姿預(yù)測采用調(diào)整自適應(yīng)的搜索法，由圖中位置關(guān)系及各個旋轉(zhuǎn)軸的連桿方式(平行連桿、 垂直連桿)可知,A、B、C、D 四點肯定位于同一平面內(nèi) . 由于平行連桿 G 的作用使得 E 點有可能不在ABCD 所在平面中。假設(shè)某時刻整個機械臂在平面 xoy 中的投影如圖 3: 由圖 3 可知, 1)由于 DE 長度相對其他部分來說比較短, 所以在機械臂到達目標位置時的 “大致方向” 與 BD 方向基本重合, 而 BD 方向是由平行連桿 F 確定的, 所以在進行粗調(diào)時首先將 F 旋轉(zhuǎn)到目標方向。由 O x,O y 可以確定。2)可以看出目標點到 z 軸的距離大致與 D 點到 z 軸的距離相當, 而 D 點到 z 軸的距離是由旋轉(zhuǎn)軸 C 確定, 所以在進行粗調(diào)時可以先將旋轉(zhuǎn)軸 C 的角度大致調(diào)正 。圖 機械臂在平面 xoy 中的投影 運動規(guī)劃 由前面確定的目標位姿以及當前位姿, 求解由當前位姿向目標位姿過渡的方式時我們采用貪心算法 . 即每個旋轉(zhuǎn)軸總是向著離目標角度以盡可能大的步長前進, 直至最終所有的旋轉(zhuǎn)軸到達其目標角度 . 那么, 各個旋轉(zhuǎn)軸的變化過程的增減幅度就是最終的指令序列。 問題求解 機械臂初始狀態(tài)為(0, 90, 0, 0, 90), 目標點為(20, 200, 120) (見圖 4), 根據(jù)目標位姿預(yù)測可得機械臂的最終狀態(tài)為( 174. 2, 38. 2, 116. 9, 0. 4, 124. 6), 指尖距離目
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