基于工作空间分析的9自由度超冗余串联机械臂构型优化

作     者：赵智远 徐振邦 何俊培 贺帅 徐策 ZHAO Zhiyuan;XU Zhenbang;HE Junpei;HE Shuai;XU Ce

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2019年第55卷第2期

页      面：51-63页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(11672290) 吉林省科技发展(20160520074JH)资助项目 

主　　题：机械臂 工作空间 蒙特卡洛法 体元化 构型 

摘      要：提出基于工作空间分析解决超冗余串联机械臂构型选择问题的方法。首先,采用正态分布对求取机器人工作空间的蒙特卡洛法进行改进。用归一化可操作度指标分析机械臂运动的灵活性,用数值仿真的方法得到了最大可操作度值与随机关节角组合的数量之间的关系,提出求取灵活工作空间的算法。其次,基于得到的工作空间,提出一种体元化算法求取工作空间的体积,寻找到工作空间的边界部分和非边界部分,通过对边界部分的不断细化,降低了体积求取误差。然后,分析多自由度串联机械臂构型设计方法,针对9自由度超冗余串联机械臂,确定出了36种待选择的构型方案。仿真分析9自由度超冗余串联机械臂的工作空间,在待选构型中选取了一组最优构型。结果表明:改进的蒙特卡洛法生成了精确的工作空间;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;所选构型的工作空间指标优于已研制的构型,其中可达工作空间体积提高了26.49%,灵活工作空间体积提高了36.63%。