一类不满足Pieper准则的六自由度串联机器人运动学和动力学分析.pdf
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2022-10-24
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一类不满足 Pieper 准则的六自由度串联机器人运动学和动力学
分析
工业机器人凭借其特有的良性结构和柔性控制方式,具有传统机械无可比拟
的优势,被广泛应用于各行各业。随着机器人相关技术和应用领域的不断发展,
串联机器人构型已经不再拘泥于满足 Pieper 准则存在的条件,优傲机器人公司
开发的 UR10 机器人和上海交通大学的“神刀华佗”手术机器人这类不满足 Pieper
准则的串联机器人也相继问世。
虽然这种不满足 Pieper 准则的串联机器人在设计方式上很好的避免了因传
统内嵌式设计引发的机器人末端姿态调整范围被严重限制的问题,但也使得它的
运动学和动力学算法求解变得异常的困难。因为上述类型的串联机器人是无法通
过常规的求解方法求解出其精确的解析解。
针对这一问题,本文提出了一种以原有不满足 Pieper 准则串联机器人转换
成满足 Pieper 准则的串联机器人为原则,用辅助标记法作为辅助方式的解析法
求解方法。该方法在一定程度上克服了六自由度串联机器人无法通过常规解析法
进行运动学求解的问题。
在对其冗余解进行选择时,采用工作区域划分的方法,不仅大大减少机器人
运动学原有的计算量,提高其整体运算速度。同时,为了机器人能够走出可靠、连
续而且准确的运动轨迹,对该类机器人的退化问题也进行了相应的分析。
接着,对机器人的速度分析、静力学分析和动力学进行了相关分析。速度分
析、静力学分析和动力学分析为各关节驱动力或驱动力矩和机器人各关节运动参
数搭建了一个良好的沟通桥梁,不仅为机器人的运动和控制提供参考的依据,也
为分析系统的动态性能提供了有效的数据支撑。
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