機械臂的優(yōu)化升級

方立志　高永鑫

摘 要：本文主要是就六自由度機械臂求取結(jié)果，在原有方法的基礎(chǔ)上提出一種不同于以往的新式理論。我們主要是依據(jù)這個六自由度機械臂的整體構(gòu)造特征以及它在工作中所接受到的外來束力，在這個基礎(chǔ)上進行六自由度機械臂工作效率的高效分析和研究，以此也創(chuàng)設(shè)出一種完全適用于這種六自由度機械臂的模板（涉及到正運動等學科的理論知識），同時，我們也取得了相關(guān)的分解計算方法，可以說是一次正統(tǒng)的創(chuàng)新改革，對于六自由度機械臂的改進和使用來說具有重大的實踐意義。

一，六自由度機械臂

六自由度機械臂主要是一種可以替代人類手以及臂膀功能的機器設(shè)備，在實現(xiàn)人類手臂完成不了的任務(wù)的同時高效率的解放了人類的手和臂。它的主要功能體現(xiàn)在大型物體的抓取工作，以及重型機械設(shè)備的搬離運送工作。這種機械臂最大的好處就在于它可以替代人類，處于極其惡劣的環(huán)境中進行高效率的工作，在解放人類勞動力的同時也保證了我們的人身安全，對于生產(chǎn)力的解放、工作效率的提高自己穩(wěn)定性的保持等方面都取得了很好的成績效果。到目前為止，機械臂的使用已深入到各個領(lǐng)域中，如電子機器制造，原子核能開發(fā)研究，航空航天制造，冶金挖掘等等。

到目前為止，現(xiàn)有的一些求解方法主要是常見的解析幾何法以及迭代法等等。其中，Paul所提到的有關(guān)機械臂的解析法是專門針對這個逆向運動學做出的研究，具有很強的指導(dǎo)意義。Regina也曾經(jīng)通過迭代法等方式計算出六自由度機械臂復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的多角度位逆值。Saab則從機械臂可否協(xié)調(diào)工作的實踐操作性的角度對機械臂進行了深入的研究，他所采用的方式就是將等式以及不等式的約束問題帶入研究，從而成功的解決了機械臂中出現(xiàn)的重復(fù)性約束的難題，他已經(jīng)完成了機械臂效率提高的一個難題。Jun研究員采取的是把這個運作速度操控難題相應(yīng)的變?yōu)橛媚孢\動學來進行求取結(jié)果的難題，同時大大節(jié)省了我們在深海中進行機器控制的功夫。

研究發(fā)現(xiàn)：迭代法的運用因為一些條件限制（初始值），而導(dǎo)致的求取結(jié)果單一現(xiàn)象使得這個方法備受爭議。運用解析幾何法，可以在實現(xiàn)簡化目的的同時得到全部的解值。不過我們在日常研究的過程中最常使用的就是綜合法：先用解析法求得所有的解值，選擇其他的求解法進行最優(yōu)組解值。

一，正向運動學的研究分析

創(chuàng)設(shè)模型的標準方法就是使用D-H，這種方法的主題思路就是：一開始要沒有遺漏的在每一個關(guān)節(jié)處都確定坐標系；接著，有關(guān)兩個任意坐標系的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方法要確定下來，并保證順利進行；最后總結(jié)出整個機械臂矩陣形式整體變化。

1，創(chuàng)設(shè)坐標系

二，逆向運動學的研究分析

求解的過程主要是通過已知的坐標數(shù)值，這個數(shù)值特指的是機械臂最末尾處的一個操作執(zhí)行器，然后根據(jù)已知的數(shù)據(jù)進行推算求取不同關(guān)節(jié)交界處的精準角度數(shù)值。這種求解過程也是對于正向的反向求解方式的另一種體現(xiàn)。對比正向的求解，反向也就是逆向的求解方式則顯得更加繁瑣，許多正向求解方式都很簡單，而且結(jié)果也具有唯一性，逆向的有時候會出現(xiàn)沒有解值的情況。

1，關(guān)節(jié)交界處的角度求值

由以上的求解過程發(fā)現(xiàn)，運用逆向的求解方式得到的并不是唯一僅有的解值，所以我們在實踐操作設(shè)計的過程中一定要做到依據(jù)實際情況（主要是最末尾處的操作執(zhí)行器具體位置象限還有它們的行走軌跡）來進行最后的選擇和精準計算。

四，結(jié)束語

我們要想準確的對機械臂的行走軌跡進行嚴密精準控制的操作，就一定要做好有關(guān)它的運動學相關(guān)研究，這是研究的基礎(chǔ)工作，只有做好運動學的研究工作，創(chuàng)設(shè)出合理的模板結(jié)構(gòu)，使用D-H的方法進行求解推算（坐標系以及變量的計算），在全方面綜合分析過這個機械臂的構(gòu)造后，運用正確的正逆運動學知識，采用解析幾何法迭代法等推算不同關(guān)節(jié)交界處的變量，在驗證了正逆運動學模型合理性正確性的基礎(chǔ)上完成機械臂的精準操作和優(yōu)化升級的工作。