求解SSRMS构型空间机械臂逆运动学的方法

• 作者: 赵智远 赵京东 赵亮亮 杨晓航 刘宏
• 来源期刊: 机械工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 冗余机械臂 逆运动学 循环坐标下降法 关节角参数化方法
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 机器人及机构学
• 页码范围: 21-35
• 页数: 15页
• 分类号: TP242
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2022.03.021

摘要

SSRMS构型机械臂被广泛应用于空间在轨服务,但是由于冗余自由度以及肩、轴、腕部偏置的存在,导致逆运动学求解困难.关节角参数化方法虽然能求得逆运动学的解析解,但是求解成功与否高度依赖于参数的给定值.基于雅可比矩阵的求解方法考虑避奇异时会损失机械臂的运动性能.为此,提出了一种基于循环坐标下降法与关节角参数化方法联合的逆运动学求解方法(CCDJAP-IK),该方法具有对雅克比矩阵奇异不敏感,避免关节极限以及求出多组逆运动学精确解的优点.将采用循环坐标下降法求得的近似解作为关节角参数化方法中参数的给定值,减少了参数取值的盲目性,增加了求解的成功率.将末端执行器的运动转化为关节6末端点仅y轴方向受约束的达点运动,简化了目标函数以及算法的迭代步骤,提高了计算效率.以HIT-SSRMS构型机械臂为例开展了仿真实验,结果表明:在当前构型和期望位姿均在工作空间内随机选取的情况下,CCDJAP-IK方法的平均计算时间为4.86 ms,求解成功率为99.32％,是一种有效且可靠的求解SSRMS构型机械臂逆运动学的方法;在跟踪笛卡儿路径时,CCDJAP-IK方法的跟踪精度、关节空间连续性以及实时性均满足任务要求,因此可应用于机械臂的实时路径跟踪任务.