[發(fā)明專利]一種單關節(jié)故障空間機械臂位姿可達空間求解方法

有效

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• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107598929B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 賈慶軒;王宣;陳鋼;袁博楠;符穎卓;郭雯
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種單關節(jié)故障空間機械臂位姿可達空間求解方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)基于牛頓-拉夫遜法求解空間機械臂各關節(jié)人為限位，當機械臂任一關節(jié)故障鎖定后，釋放其他關節(jié)的人為限位至物理限位，通過蒙特卡洛法求解單關節(jié)故障后空間機械臂的退化工作空間；

(2)依據(jù)末端處于不同姿態(tài)時機械臂可達空間不同這一特點，構建空間機械臂姿態(tài)可達度指標，求解空間機械臂末端處于不同姿態(tài)時的姿態(tài)可達度，選取最大姿態(tài)可達度對應的姿態(tài)作為空間機械臂面向任務的期望姿態(tài)；

(3)依據(jù)所求退化工作空間中各散點位置坐標和期望姿態(tài)的組合，構建空間機械臂末端位姿集，基于解析法篩選位姿集中存在逆運動學解的位姿，由這些位姿所對應的散點組成空間機械臂位姿可達空間。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述單關節(jié)故障空間機械臂的退化工作空間的求解至少包括：

(1)設和分別為空間機械臂退化工作空間和常態(tài)下工作空間的體積，基于工作空間體積權衡閾值ζ，建立空間機械臂退化工作空間與常態(tài)下工作空間之間的權衡依據(jù)

(2)設空間機械臂各關節(jié)的初始人為限位為對應的物理限位依次判斷各關節(jié)鎖定在不同角度是空間機械臂退化工作空間是否滿足步驟(1)中的權衡依據(jù)，完成空間機械臂各關節(jié)人為限位的初次求解；

(3)在完成各關節(jié)人為限位的初次求解之后，基于牛頓-拉夫遜法迭代求解各關節(jié)人為限位，直至相鄰兩次所求各關節(jié)人為限位之差滿足要求為止；

(4)將常態(tài)下空間機械臂的各關節(jié)轉動范圍限制在所求人為限位內(nèi)，當某關節(jié)故障鎖定后，釋放其余關節(jié)轉動范圍至對應物理限位，基于退化工作空間求解公式，完成體積不小于的空間機械臂退化工作空間的求解。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述空間機械臂面向任務的期望姿態(tài)的計算至少包括：

(1)基于蒙特卡洛法隨機遍歷N組關節(jié)角序列，獲得包含N個元素的位置集合P＝{(x_n,y_n,z_n)|n＝1,2,...,N}，令集合P中各位置與歐拉角(α,β,γ)組合以獲得空間機械臂末端位姿集合P_E＝{(x_n,y_n,z_n,α,β,γ)|n＝1,2,...,N}；

(2)對末端分別處于位姿集合P_E中各位姿處時的機械臂進行逆運動學求解，定義存在逆解的位姿個數(shù)M同總位姿個數(shù)N的比值為姿態(tài)(α,β,γ)所對應的姿態(tài)可達度R；

(3)以為步長依次遍歷末端位姿α,β,γ的取值范圍，獲得空間機械臂可達姿態(tài)集

(4)求解空間機械臂可達姿態(tài)集E中所有姿態(tài)所對應的姿態(tài)可達度R_η(η＝1,2,...,ε)；

(5)選取最高位姿可達度R_η所對應的姿態(tài)(α_exp,β_exp,γ_exp)，作為空間機械臂面向具體任務的期望姿態(tài)。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述單關節(jié)故障的空間機械臂位姿可達空間的求解至少包括：

(1)組合所求退化工作空間中各散點位置坐標(x_n,y_n,z_n)同期望姿態(tài)(α_exp,β_exp,γ_exp)，構建面向任務的空間機械臂末端位姿集P_{E_ini}＝{(x_n,y_n,z_n,α_exp,β_exp,γ_exp)|n＝1,2,...,N}；

(2)選取位姿集P_{E_ini}中存在逆運動學解的位姿組成優(yōu)選位姿集P_{E_opt}，由優(yōu)選位姿集P_{E_opt}中各位姿所對應的散點組成空間機械臂位姿可達空間