一种6自由度机器人的逆运动学优化方法
Inverse Kinematics Optimization Method of a 6-DOF Robot
- 机械传动 2020年44卷第10期 页码：96-103
- 作者机构：
1.重庆大学 机械传动国家重点实验室， 重庆 400044
2.重庆大学 机械工程学院， 重庆 400044
- 作者简介：
王见（1975— ），男，新疆喀什人，博士，副教授，主要研究方向为机电一体化技术及智能控制、机器人技术等。
敖宇（1995— ），男，四川雅安人，硕士研究生，主要研究方向为机器人技术。
- 基金信息：重庆市科技重大主题专项(cstc2018jszx-cyztzxX0026)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.014
中图分类号：
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王见,敖宇.一种6自由度机器人的逆运动学优化方法[J].机械传动,2020,44(10):96-103.
Wang Jian,Ao Yu.Inverse Kinematics Optimization Method of a 6-DOF Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(10):96-103.
王见,敖宇.一种6自由度机器人的逆运动学优化方法[J].机械传动,2020,44(10):96-103. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.014.
Wang Jian,Ao Yu.Inverse Kinematics Optimization Method of a 6-DOF Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(10):96-103. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.014.
摘要
传统6轴机器人的逆运动学求解需要位置信息和姿态信息，针对物体姿态识别困难和不确定性大的问题，提出了一种根据物体位置信息的6轴机器人姿态求解算法。基于机器人灵活性的概念，建立机器人第5轴的服务球模型，离散化机器人末端位置点，得到服务球面上的一系列离散点。在机器人共形几何的基础上，研究离散点与机器人关节角的映射关系，得出机器人在某一空间位置点的姿态集合。根据机器人奇异性、关节避限和关节连续性的综合准则，从姿态集合中选取一组最佳的机器人姿态。在笛卡尔坐标系下进行不同位置点的插补，通过求解不同插补点的姿态，实现机器人不同位置点间的连续运动。结果表明，根据物体的三维坐标信息，可以完成6轴机器人的逆运动学计算，并且计算速度快、准确性高，简化了物体的姿态识别过程，提高了机器人连续作业的效率。
Abstract
The inverse kinematics solution of the traditional 6-axis robot requires position information and attitude information. Aiming at the problem of difficulty and uncertainty of object attitude recognition， a 6-axis robot attitude solution algorithm based on object position information is proposed. Based on the concept of robot dexterity， a service ball model for the robot's 5th axis is established， and the end positions of the robot are discretized to obtain a series of discrete points on the service sphere. Based on the conformal geometry of the robot， the mapping relationship between the discrete points and the joint angle of the robot is studied， and the attitude set of the robot at a certain spatial position is obtained. According to the comprehensive criteria of robot singularity， joint avoidance and joint continuity， a set of best robot poses is selected from the pose set. In the Cartesian coordinate system， interpolation of different position points is performed， and the continuous motion between different position points of the robot is realized by solving the pose of different interpolation points. The results show that， according to the three-dimensional coordinate information of the object， the inverse kinematics calculation of the 6-axis robot can be completed and the calculation speed is fast and the accuracy is high， which simplifies the attitude recognition process of the object and improves the efficiency of the robot's continuous operation.
关键词
逆运动学灵活性共形几何姿态
Keywords
Inverse kinematicsDexterityConformal geometryAttitude
references
FARONI M，BESCHI M，PEDROCCHI N，et al.Predictive inverse kinematics for redundant manipulators with task scaling and kinematic constraints［J］.IEEE Transactions on Robotics，2018，35（1）：278-285.
王英石，孙雷，刘景泰.基于空间几何方法的乒乓球机器人最优姿态求取［J］.机器人，2014，36（2）：203-209.
WANG Yingshi，SUN Lei，LIU Jingtai.Optimal pose solution based on space geometry method for pingpong robot［J］.Robot，2014，36（2）：203-209.
于凌涛，王文杰，王正雨，等.一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法［J］.机器人，2016，38（4）：486-494.
YU Lingtao，WANG Wenjie，WANG Zhengyu，et al.Acquisition method of inverse kinematics analytical solutions for a class of robots dissatisfying the pieper criterion［J］.Robot，2016，38（4）：486-494.
卢喆，郑松.基于几何法和旋量理论的6自由度机器人逆解算法［J］.机械传动，2017，41（6）：111-114.
LU Zhe，ZHENG Song.Inverse kinematics algorithm of 6-DOF robots based on geometric method and screw theory［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（6）：111-114.
张博，梁斌，王学谦，等.双臂空间机器人可操作度分析及其构型优化［J］.宇航学报，2016，37（10）：1207-1214.
ZHANG Bo，LIANG Bin，WANG Xueqian，et al.Manipulability measure of a dual arm space robot and its application to configuration optimization［J］.Journal of Astronautics，2016，37（10）：1207-1214.
YANG X L，WU H T，LI Y，et al.Computationally efficient inverse dynamics of a class of six-dof parallel robots： dual quaternion approach［J］.Journal of Intelligent and Robotic Systems，2019，94（1）：101-113.
李丽，房立金，王国勋.基于多目标粒子群优化算法的6R工业机器人轨迹优化［J］.机械传动，2018，42（8）：17-22.
LI Li，FANG Lijin，WANG Guoxun.Trajectory optimization for 6R industrial robot based on multi-object PSO［J］.Journal of Mechanical Transmission，2018，42（8）：17-22.
DONG J，TRINKLE J C.Orientation-based reachability map for robot base placement［C］//Proceedings of the 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems （IROS）.New York：IEEE，2015：1488-1493.
BURGET F，BENNEWITZ M.Stance selection for humanoid grasping tasks by inverse reachability maps［C］//Proceedings of the 2015 IEEE International conference on robotics and automation （ICRA）.New York：IEEE，2015：5669-5674.
NIKOLAUS V，TAMIN A.Representing the robot's workspace through constrained manipulability analysis［J］.Autonomous Robots，2015，38（1）：17-30.
王伟，王伟东，董为，等.基于协作空间与灵巧度的机器人辅助微创手术术前规划算法［J］.机器人，2016，38（2）：208-216.
WANG Wei，WANG Weidong，DONG Wei，et al.A preoperative planning algorithm based on dexterity and collaboration space for the robot-assisted minimally invasive surgery［J］.Robot，2016，38（2）：208-216.
AMANPREET S，ASHISH S.Kinematic modeling of robotic manipulators［J］.Proceedings of the national academy of sciences，India section A：Physical Sciences，2017，87（3）：303-319.
田勇，王洪光，潘新安，等.一种协作机器人工作空间灵活度的求解方法［J］.机器人，2019，41（3）：298-306.
TIAN Yong，WANG Hongguang，PAN Xin'an，et al.A solving method for the workspace dexterity of collaborative robot［J］.Robot，2019，41（3）：298-306.
WAGNER M，HEß P，REITELSHÖFER S，et al.Reachability analysis for cooperative processing with industrial robots［C］//Proceedings of the 2017 IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation （ETFA）.New York：IEEE，2017：1-6.
黄昔光，黄旭，李启才，等.利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法［J］.西安交通大学学报，2017，51（1）：9-12.
HUANG Xiguang，HUANG Xu，LI Qicai，et al.Inverse displacement solutions of serial robot based on conformal geometric algebra［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2017，51（1）：9-12.
Y0SHIKAWA T.Manipulability of robotic mechanisms［J］.The International Journal of Robotics Research，1985，4（2）：3-9.
KIM J O，KHOSLA K.Dexterity measures for design and control of manipulators［C］//Proceedings of the IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robots and Systems 91 Intelligence for Mechanical Systems.New York：IEEE，1991：758-763.
熊有伦，丁汉，刘恩沧.机器人学［M］.北京：机械工业出版社，1993：103-112.
XIONG Youlun，DING Han，LIU Encang.Robotics［M］.Beijing：Mechanical Industry Press，1993：103-112.
ZGHAL H，DUBEY R V，EULER J A.Efficient gradient projection optimization for manipulators with multiple degrees of redundancy［C］//Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation.New York：IEEE，1990：1006-1011.
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