第5期 2016年5月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)05000103
D0I:10.13462/j. cnki.mmtamt.2016.05.001
基于加权优化的机器人逆向运动学求解*
王光道1,2，刘荫忠2，孙维堂2
No.5 May2016
（1.中国科学院大学，北京100049；2.中国科学院沈阳计算技术研究所，沈阳110168）
摘要：逆向运动学求解是实现机器人运动控制的关键问题之一。如何快速准确地确定最优解一直成为国内外研究的热点。为此，对MOTOMAN-MH6机器人逆向运动学的优化问题进行了研究。利用 D-H矩阵建立了机器人运动学模型，分析了代数解析法的求解过程，得到了多重完整逆解。结合机器人的结构特点和实际需求，提出了加权“最短行程”准则，给定了权重函数的表达式，确定了逆向运动学的最优解。最后，通过机器人三维仿真系统以及试验对选取的最优解进行验证，仿真结果与试验结果验证了研究方法的正确性。
关键词：六关节机器人；逆向运动学；代数解析法；加权“最短行程”；最优解
中图分类号：TH166；TP242.2
文献标识码：A
InverseKinematics of RobotBased on Weighted Optimization
WANG Guang-dao',2, LIU Yin-zhong", SUN Wei-tang
(1.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 2.Shenyang Institute of Computing Technology,Chinese Academy of Science,Shenyang 110168,China)
Abstract: Inverse kinematics is one of the key problems to realize the motion control of robot. How to de-termine the optimal solution quickly and accurately has been the hot spot at home and abroad. For this rea-son,the optimization of inverse kinematics for the MOTOMAN-MH6 robot is studied.The D-H Matrix is used to establish kinematics model, and the process of the algebraic analytic method is analyzed, and then the multiple complete inverse solutions are obtained. According to the structural features of robot and practi-cal requirements, a weighted " shortest stroke" criterion is proposed, and the weight function is determined and a set of optimal solutions is selected. Finally, the optimal solution is verified by the robot 3D simulation system and the experiment, which proves the correctness of the research method.
Key words: six-joint robot; inverse kinematics; algebraic analysis; weighted " shortest stroke" ; the optimal solution
0引言
六关节机器人结构紧漆、灵活性高、工作范围大，
因而能很好地完成各种复杂任务并较早应用于工业领域。然而，六关节机器人的逆运动学求解具有一定的难度，在一定程度上制约着机器人工作效率的提高。目前机器人逆运动学求解的方法主要有代数解析法和数值送代法：代数解析法运算速度快，实时性好，但机器人结构必须符合Pieper准则；数值迭代法可用于多数六关节机器人，但数值迭代法运算速度慢，且不能得到准确的逆解。工业六关节机器人结构比较规则，般末端三个关节的轴线始终交于一点，符合Pieper准则，利用代数解析法求逆解具有优势。文献[5]比较了两种代数解析法的求解特点，却没有给出选取最优
收稿日期：2015-06-14
*基金项目：“核高基"专项（2012ZX01029-001-002
解的算法流程。文献[3]利用代数解析法求出8组逆解，利用“最短行程”准则选取了一组最优解。文献「1]在利用代数解析法求解时引用了复指数，虽然说明应根据实际情况选取最优解，却没有对如何选取最优解进行深人讨论。
本文在研究MOTOMAN-MH6机器人结构特点的基础上，利用D-H矩阵建立了机器人运动学模型，利用代数解析法得到了多重完整逆解，提出的加权“最短行程”准则能够根据MOTOMAN-MH6机器人的结构特点及实际需求选取最优解。
MOTOMAN-MH6机器人运动学模型
图1为根据MOTOMAN-MH6机器人的结构特点，采用D-H方法建立的机器人各杆坐标系。
作者简介：王光道（1988—），男，河南漯河人，中国科学院大学硕士研究生，研究方向为数控技术，（E-mail)zezhen@126.com