[發明專利]規避并聯機構運動奇異的免奇異輸入參數取值空間方法

有效

• 申請號: 201310656577.3
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103714242A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李雨桐;王玉新
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種規避并聯機構運動奇異的方法，特別是一種規避并聯機構運動奇異的免奇異輸入參數取值空間方法。

背景技術

運動奇異是并聯機構的固有特性。與串聯機構運動奇異多發生在邊界不同，并聯機構的運動奇異主要發生在工作空間內部，突出特征為：鎖定驅動器長度，動平臺依然可以獲得一個或幾個自由度，動平臺失控，其載荷能力急劇下降。并聯機構的運動奇異嚴重制約了其在重大工程，如航空航天等領域的應用。因此，消除運動奇異對并聯機構的影響，對于改善并聯機構性能，拓展其應用領域，具有重要的價值。

為了克服運動奇異對并聯機構性能和工作空間帶來的消極影響，人們提出了規避并聯機構運動奇異的冗余構件方法、路徑規劃方法、傳感測度方法和擾動函數方法等。Mohamed和Gosselin在2005年IEEE?Transactions?on?Robotics，21(3)：277-287文中，提出了一種規避并聯機構運動奇異的冗余構件方法。通過添加運動冗余構件或驅動器冗余構件，改變原并聯機構的局部奇異位置分布形態，實現局部工作空間的奇異運動規避。但由于冗余構件的引入，使并聯機構運動學問題的求解變得異常困難，而利用驅動器冗余構件規避并聯機構運動奇異，當運動副存在間隙和驅動器存在執行誤差時，導致并聯機構出現極大的內應力。特別是，一個冗余驅動只能解決某一奇異構型附近的運動奇異規避問題，而不能解決整體工作空間內所有奇異構型處的運動奇異規避問題。Dasgupta和Mruthyunjaya基于機器人路徑規劃原理，在1998年Mechanism?and?Machine?Theory,33(6):711-725文中，給出了一種在工作空間內構造一條免奇異路徑的方法。但當工作空間不存在連通的免奇異空間時，所提出的路徑規劃方法不能構造出一條免奇異路徑，方法失效。

為在控制階段防止并聯機構陷入運動奇異狀態，Ranganath等在2004年Mechanism?and?Machine?Theory，39(9)：971-998文中，給出了一種傳感測度方法。通過在并聯機構連桿上加裝力/力矩傳感器，預測并聯機構當前位置與奇異位置的接近程度，防止并聯機構陷入奇異運動狀態。由于傳感信息與奇異位置的關系非常復雜，當傳感信息設定值較大時，在并聯機構鉸鏈間隙的影響下，很容易導致并聯機構陷入運動奇異狀態；而當傳感信息設定值較小時，又很容易造成誤判，導致工作空間的非連續。Wang等在2008年ASME?Journal?of?Mechanical?Design,130(5):052305-1-8文中提出的擾動函數方法，雖可解決并聯機構在奇異位置處的運動奇異規避問題，但由于擾動函數構造異常復雜，且僅針對一個奇異位置，造成該方法的通用性較差，很難在控制階段具體應用。

盡管人們，如St-Onge、Bandyopadhyay、Huang等給出了以位姿參數描述的并聯機構奇異位置空間分布模型。但由于該類空間分布模型不能降維，須假定某些位姿參數取值，才能得到直觀的空間分布模型，如三維空間分布模型。類似地，Jiang和Gosselin在2008年ASME?Journal?of?Mechanical?Design,130(11):112304-1-8文中，繪出了給定三個方向位姿參數由三個位置位姿參數描述的免奇異空間。對于該類由位姿參數描述的奇異位置空間分布模型，或免奇異空間，當假定條件發生變化時，分布模型也隨之發生變化，尤其是，因動平臺位姿監控和測量存在巨大的困難，以及該類分布模型或免奇異空間與并聯機構輸入參數無關等原因，使得該類分布模型不能直接用于在設計階段和控制階段消除或防止并聯機構的運動奇異。