機(jī)械手臂靈活性綜合分析與探究

程研 楊曉軍 徐建寧

摘要：通常在機(jī)械手臂為介質(zhì)之中運(yùn)動(dòng)性與靈活性的機(jī)能評(píng)判之中，用來(lái)表達(dá)機(jī)械手臂的靈動(dòng)性能的標(biāo)準(zhǔn)非常之多，然而不相同的標(biāo)準(zhǔn)之間通常具有程度不一的關(guān)聯(lián)性，在其之中有很多關(guān)聯(lián)性很明顯，這種情況給他們提供的信息有了重疊的可能性。如果想要產(chǎn)生新的指標(biāo)可以實(shí)用主份量解析全面分析，然而產(chǎn)生的新標(biāo)準(zhǔn)相互補(bǔ)缺同時(shí)又可以全面的表示機(jī)械手臂靈動(dòng)機(jī)能的狀況。憑借使用主份量解析依次降解全面處理的相對(duì)特性與相同構(gòu)造不一樣的度量的平面構(gòu)造 2R 與3種不為相同構(gòu)造的區(qū)域 3R 機(jī)械手臂相對(duì)流動(dòng)靈動(dòng)性能做全面評(píng)判，取得各種各樣的流動(dòng)靈動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)之中的關(guān)聯(lián)性。解析答案表示，相對(duì)平面的 2R 與 PUMA 類型區(qū)域 3R 機(jī)械手臂的五個(gè)靈動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，優(yōu)質(zhì)低劣變化形勢(shì)一樣的情況，要使用一個(gè)全面靈動(dòng)性機(jī)能標(biāo)準(zhǔn)表示五個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)能標(biāo)準(zhǔn)的信息。其余兩類空間區(qū)域 3R機(jī)械手臂五個(gè)簡(jiǎn)單靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)和正有關(guān)，和負(fù)有關(guān)，可以用一個(gè)具有變化的量表示機(jī)械手臂各種具有相通性標(biāo)準(zhǔn)的信息，一個(gè)變化的量表示機(jī)械手臂活動(dòng)能力標(biāo)準(zhǔn)信息。

關(guān)鍵詞：靈活性能 機(jī)械手臂 綜合分析

0 前言

機(jī)器人擁有的活動(dòng)靈動(dòng)性是人類在機(jī)器人活動(dòng)學(xué)科方面的著重調(diào)研方面，其映照了全面系統(tǒng)對(duì)活動(dòng)的大局變化能力。在活動(dòng)靈動(dòng)性的調(diào)研之中，最重要的是靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研。各大國(guó)家的科學(xué)家已經(jīng)發(fā)布了很多關(guān)于機(jī)器人靈動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)，最核心的有條目數(shù)、可使用度、目標(biāo)可操作性、各項(xiàng)同性指標(biāo)等，條件數(shù)、各向同性指標(biāo)作為可操作度橢球方向一致性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可操作度、方向可操作度當(dāng)作機(jī)器人活動(dòng)技能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。 中外學(xué)者已經(jīng)對(duì)綜上所述簡(jiǎn)單靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判機(jī)器人活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能做很多的調(diào)研，對(duì)于活動(dòng)靈動(dòng)性做了數(shù)字化的表述，給予機(jī)器人活動(dòng)支配與優(yōu)量簡(jiǎn)化供給了重要標(biāo)準(zhǔn)。但因?yàn)楣こ踢M(jìn)行中的麻煩問(wèn)題的難度性和多變性，機(jī)器人的各樣見(jiàn)到那靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)是互相相關(guān)的，進(jìn)行靈動(dòng)性機(jī)能評(píng)判時(shí)候不但但要思考特別的技能的需求，還需要極其強(qiáng)調(diào)它全面活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能的好壞?，F(xiàn)在，實(shí)用全面靈動(dòng)性技能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)器人的活動(dòng)靈動(dòng)性進(jìn)行機(jī)能評(píng)判的調(diào)研比較少，對(duì)于各種簡(jiǎn)單靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)性調(diào)研也比較少。

1 綜合分析評(píng)價(jià)

在其之中全面評(píng)判機(jī)器人靈動(dòng)性機(jī)能主題上涵蓋兩種狀況：第一種，在人類已了解的機(jī)器人之中的構(gòu)造和度量，全面評(píng)判此機(jī)器人在運(yùn)作區(qū)域中不一樣的點(diǎn)或者不一樣的區(qū)域之中的靈動(dòng)性機(jī)能；第二種，已經(jīng)了解的機(jī)器人的使用任務(wù)，全面評(píng)判不相同構(gòu)造機(jī)器人又或一樣的構(gòu)造不一樣的度量的機(jī)器人完結(jié)此任務(wù)當(dāng)時(shí)的靈動(dòng)性機(jī)能。使用現(xiàn)在已有的方案還完全不可以完結(jié)上邊所述的兩種狀況下機(jī)器人機(jī)能的全面評(píng)判，在定量算法之中，主分量解析（Principal component analysis， PCA）方案為一種十分重要的評(píng)判方案，能實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)基于平面并且保證初始數(shù)據(jù)丟失最小的狀況之下憑借少量的全面變量代替原始的多維度變量，讓數(shù)據(jù)架構(gòu)大大縮減，能完結(jié)以上所述的兩種狀況的機(jī)器人機(jī)能全面評(píng)判。本文章試用 PCA 方案針對(duì)相同構(gòu)造不相同度量的平面 2R 與三類不一樣構(gòu)造的區(qū)域 3R 機(jī)械手臂的各種相對(duì)單一的活動(dòng)靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)進(jìn)行解析，來(lái)提取各種活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能中的關(guān)聯(lián)性，并且簡(jiǎn)歷機(jī)械手臂全面機(jī)能標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估方案，為了機(jī)械手臂完結(jié)同樣操作任務(wù)的時(shí)候，并提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2主份量解析法

主份量解析法在機(jī)械手臂活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能的評(píng)估中實(shí)用大致有兩種：第一是建造全面評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)判不一樣的度量的機(jī)械手臂活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能，并且針對(duì)不相同的度量機(jī)械手臂活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能進(jìn)行排列數(shù)序；第二是憑借聯(lián)系的系數(shù)矩列確認(rèn)各種較為單一的指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性。

大致步驟如下。

1對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)解析。并且使其度量單位不相同、度量大綱不相同的標(biāo)準(zhǔn)為能進(jìn)行更先進(jìn)的評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)評(píng)。 設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組成的矩形陣列，由a個(gè)不一樣大小的機(jī)械手臂的 b 個(gè)活動(dòng)靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)組成。

2 運(yùn)算關(guān)聯(lián)系數(shù)矩形陣列 z 。應(yīng)為較為單一靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)之間有可能具有一定關(guān)聯(lián)性，從而使得數(shù)據(jù)具有一定程度的數(shù)據(jù)疊加，使用相關(guān)聯(lián)的系數(shù)矩形陣列能充分的映照靈動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)性，這也可以說(shuō)是降維的核心條件。

3 確認(rèn)主份量數(shù)量。機(jī)械手臂靈動(dòng)性機(jī)能主份量數(shù)量是憑借機(jī)能標(biāo)準(zhǔn)的積累方差儲(chǔ)存率來(lái)確認(rèn)的，就是按照現(xiàn)有的部分方差占據(jù)全面方差的大致比例。

3主份量解析法的實(shí)際使用

PCA 方案在各全面評(píng)判方案之中經(jīng)常使用，其實(shí)對(duì)于機(jī)械手臂全面機(jī)能進(jìn)行全面解析與評(píng)估是一種基于在機(jī)械手臂各種簡(jiǎn)單機(jī)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 PCA 運(yùn)算過(guò)程。在工程項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)營(yíng)之中，機(jī)械手臂的各種類型與任意個(gè)的機(jī)械手臂的較為具體的尺寸數(shù)據(jù)是已經(jīng)知曉的，而本文章中的機(jī)械手臂的類別和不一樣的尺度機(jī)械手臂的相對(duì)具體的尺度數(shù)值是任意確定的，但兩種狀況下相對(duì)具體的主份量解析過(guò)程大致相同。

只思考機(jī)械手臂尾部區(qū)域從而不思考尾部狀態(tài)，讓機(jī)械手臂尾部到達(dá)工作區(qū)域的某和固定目標(biāo)點(diǎn)，具有很多不一樣度量的機(jī)械手臂能完結(jié)任務(wù)。

由于全面評(píng)估函數(shù)能運(yùn)算全面主份量標(biāo)準(zhǔn)值，并且能對(duì)它進(jìn)行數(shù)列排序，上邊選定的規(guī)定參數(shù)都是映照機(jī)械手臂靈動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)，所以全面標(biāo)準(zhǔn)值越大證實(shí)機(jī)械手臂的靈動(dòng)性機(jī)能越優(yōu)秀，這樣能取得機(jī)械手臂靈動(dòng)機(jī)能的多方面參數(shù)的全面評(píng)估排序。

4 結(jié)論

綜上所述，已使用了主份量解析法對(duì)一樣的構(gòu)造不一樣的度量的機(jī)械手臂完成一種任務(wù)的時(shí)候的靈動(dòng)性機(jī)能做了全面評(píng)估，然而主份量解析法還能全面評(píng)估以下兩種狀況下的機(jī)械手臂機(jī)能。第1種狀況是已經(jīng)知曉的機(jī)械手臂的構(gòu)造和度量，全面評(píng)估此機(jī)械手臂在它工作區(qū)域中的不相同的目標(biāo)點(diǎn)或者不相同的區(qū)域中的靈動(dòng)性機(jī)能。第2種狀況為已經(jīng)知曉的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)任務(wù)，全面評(píng)估不一樣的構(gòu)造機(jī)械手臂完結(jié)此任務(wù)當(dāng)時(shí)的靈動(dòng)性機(jī)能。在后來(lái)的運(yùn)作之中即將對(duì)于兩種狀況進(jìn)行較為深的調(diào)研。 主份量解析法不但但能全面評(píng)估機(jī)械手臂活動(dòng)靈動(dòng)性機(jī)能，也能全面評(píng)估機(jī)械手臂的容錯(cuò)機(jī)制性能、避免障礙物、避開(kāi)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍越限與關(guān)節(jié)之間的力矩最小化、系統(tǒng)空間動(dòng)能最小化等等諸如此類的動(dòng)力學(xué)之中的機(jī)能，并能將多種機(jī)能糅合進(jìn)行全面評(píng)估，從而取得各中機(jī)能之間的關(guān)聯(lián)性。

參考文獻(xiàn) ：

[1] KLEIN C A，BLAHO B E. Dexterity measures for the design and control of kinematically redundant manipulators[J]. International Journal of Robotics Research，1987，6（2）：72-83.

[2] YOSHIKAWA T. Manipulability of robotics mechanisms[J]. International of Robotics Research ，1985，4（2）：3- 9.

[3] 姚建初，丁希侖，戰(zhàn)強(qiáng)，等. 冗余度機(jī)器人基于任務(wù)的方向可操作度研究[J]. 機(jī)器人，2000，22（6）：501-505.

[4] 謝碧云，趙京. 基于條件數(shù)約束的方向可操作度[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（23）：8-15.

[5] 曹惠玲，牛軍，涂迅來(lái)，等. 一種基于主成分分析法的發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)估方法[J]. 中國(guó)民航大學(xué)報(bào)，2011，29（6）：8-11.