肘部偏置七自由度空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究.pdf

1、隨著航天事業(yè)的發(fā)展,空間設(shè)施越來越多,空間機(jī)械臂在未來將發(fā)揮越來越重要的作用。由于冗余機(jī)械臂在障礙回避、奇異處理、關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化等方面具有較大優(yōu)勢(shì),故本課題以冗余機(jī)械臂為研究對(duì)象,開展運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)問題的研究,并開發(fā)一體化仿真系統(tǒng),進(jìn)行仿真驗(yàn)證。研究?jī)?nèi)容主要包含以下幾方面:
　　首先從在軌任務(wù)需求出發(fā),分析了采用冗余度機(jī)械臂的必要性,然后從奇異消除、工作空間優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)化、機(jī)械制造可實(shí)現(xiàn)性、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍等方面進(jìn)行臂型論證。最后采用在最

2、優(yōu)六自由度臂型基礎(chǔ)上，在肩部增加一個(gè)關(guān)節(jié),構(gòu)成“3+1+3”配置的臂型方案。該機(jī)械臂的肩部和腕部三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相交于一點(diǎn),運(yùn)動(dòng)學(xué)方程簡(jiǎn)單,可得到解析形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。
　　機(jī)械臂在執(zhí)行笛卡爾空間軌跡的運(yùn)動(dòng)時(shí),需要根據(jù)期望的末端位姿計(jì)算關(guān)節(jié)角,即位置級(jí)求逆問題。由于七自由度機(jī)械臂的位置逆解有無窮多組,為降低求解難度,首先鎖定關(guān)節(jié)角3,求出一組參考臂型,并且引入臂型角的概念,從而求得期望位姿下的逆解。同時(shí),為了方便操作員較為直觀的選擇出

3、期望的參考臂型,分別設(shè)定了三個(gè)臂型標(biāo)識(shí)用于把七自由度機(jī)械臂進(jìn)行臂型分類。
　　在分解運(yùn)動(dòng)控制中,需要求解速度級(jí)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,若直接對(duì)Jacobian矩陣求逆可能存在奇異問題。當(dāng)機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過奇異點(diǎn)時(shí),關(guān)節(jié)角速度會(huì)發(fā)生突變,或者會(huì)變得無窮大,為保障空間機(jī)械臂和空間設(shè)施的安全,這種運(yùn)動(dòng)需要避免。本文分別用倒數(shù)螺旋法和位姿分離法研究了機(jī)械臂發(fā)生奇異的條件,并且用阻尼最小方差法和阻尼倒數(shù)法實(shí)現(xiàn)七自由度空間機(jī)械臂的奇異回避。盡管喪失