方立志　高永鑫

摘 要：本文主要是就六自由度機(jī)械臂求取結(jié)果，在原有方法的基礎(chǔ)上提出一種不同于以往的新式理論。我們主要是依據(jù)這個(gè)六自由度機(jī)械臂的整體構(gòu)造特征以及它在工作中所接受到的外來(lái)束力，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行六自由度機(jī)械臂工作效率的高效分析和研究，以此也創(chuàng)設(shè)出一種完全適用于這種六自由度機(jī)械臂的模板（涉及到正運(yùn)動(dòng)等學(xué)科的理論知識(shí)），同時(shí)，我們也取得了相關(guān)的分解計(jì)算方法，可以說(shuō)是一次正統(tǒng)的創(chuàng)新改革，對(duì)于六自由度機(jī)械臂的改進(jìn)和使用來(lái)說(shuō)具有重大的實(shí)踐意義。

一，六自由度機(jī)械臂

六自由度機(jī)械臂主要是一種可以替代人類手以及臂膀功能的機(jī)器設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)人類手臂完成不了的任務(wù)的同時(shí)高效率的解放了人類的手和臂。它的主要功能體現(xiàn)在大型物體的抓取工作，以及重型機(jī)械設(shè)備的搬離運(yùn)送工作。這種機(jī)械臂最大的好處就在于它可以替代人類，處于極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行高效率的工作，在解放人類勞動(dòng)力的同時(shí)也保證了我們的人身安全，對(duì)于生產(chǎn)力的解放、工作效率的提高自己穩(wěn)定性的保持等方面都取得了很好的成績(jī)效果。到目前為止，機(jī)械臂的使用已深入到各個(gè)領(lǐng)域中，如電子機(jī)器制造，原子核能開(kāi)發(fā)研究，航空航天制造，冶金挖掘等等。

到目前為止，現(xiàn)有的一些求解方法主要是常見(jiàn)的解析幾何法以及迭代法等等。其中，Paul所提到的有關(guān)機(jī)械臂的解析法是專門針對(duì)這個(gè)逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)做出的研究，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。Regina也曾經(jīng)通過(guò)迭代法等方式計(jì)算出六自由度機(jī)械臂復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的多角度位逆值。Saab則從機(jī)械臂可否協(xié)調(diào)工作的實(shí)踐操作性的角度對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了深入的研究，他所采用的方式就是將等式以及不等式的約束問(wèn)題帶入研究，從而成功的解決了機(jī)械臂中出現(xiàn)的重復(fù)性約束的難題，他已經(jīng)完成了機(jī)械臂效率提高的一個(gè)難題。Jun研究員采取的是把這個(gè)運(yùn)作速度操控難題相應(yīng)的變?yōu)橛媚孢\(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)進(jìn)行求取結(jié)果的難題，同時(shí)大大節(jié)省了我們?cè)谏詈Ｖ羞M(jìn)行機(jī)器控制的功夫。

研究發(fā)現(xiàn)：迭代法的運(yùn)用因?yàn)橐恍l件限制（初始值），而導(dǎo)致的求取結(jié)果單一現(xiàn)象使得這個(gè)方法備受爭(zhēng)議。運(yùn)用解析幾何法，可以在實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化目的的同時(shí)得到全部的解值。不過(guò)我們?cè)谌粘Ｑ芯康倪^(guò)程中最常使用的就是綜合法：先用解析法求得所有的解值，選擇其他的求解法進(jìn)行最優(yōu)組解值。

一，正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究分析

創(chuàng)設(shè)模型的標(biāo)準(zhǔn)方法就是使用D-H，這種方法的主題思路就是：一開(kāi)始要沒(méi)有遺漏的在每一個(gè)關(guān)節(jié)處都確定坐標(biāo)系；接著，有關(guān)兩個(gè)任意坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方法要確定下來(lái)，并保證順利進(jìn)行；最后總結(jié)出整個(gè)機(jī)械臂矩陣形式整體變化。

1，創(chuàng)設(shè)坐標(biāo)系

二，逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究分析

求解的過(guò)程主要是通過(guò)已知的坐標(biāo)數(shù)值，這個(gè)數(shù)值特指的是機(jī)械臂最末尾處的一個(gè)操作執(zhí)行器，然后根據(jù)已知的數(shù)據(jù)進(jìn)行推算求取不同關(guān)節(jié)交界處的精準(zhǔn)角度數(shù)值。這種求解過(guò)程也是對(duì)于正向的反向求解方式的另一種體現(xiàn)。對(duì)比正向的求解，反向也就是逆向的求解方式則顯得更加繁瑣，許多正向求解方式都很簡(jiǎn)單，而且結(jié)果也具有唯一性，逆向的有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有解值的情況。

1，關(guān)節(jié)交界處的角度求值

由以上的求解過(guò)程發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用逆向的求解方式得到的并不是唯一僅有的解值，所以我們?cè)趯?shí)踐操作設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要做到依據(jù)實(shí)際情況（主要是最末尾處的操作執(zhí)行器具體位置象限還有它們的行走軌跡）來(lái)進(jìn)行最后的選擇和精準(zhǔn)計(jì)算。

四，結(jié)束語(yǔ)

我們要想準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)械臂的行走軌跡進(jìn)行嚴(yán)密精準(zhǔn)控制的操作，就一定要做好有關(guān)它的運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)研究，這是研究的基礎(chǔ)工作，只有做好運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究工作，創(chuàng)設(shè)出合理的模板結(jié)構(gòu)，使用D-H的方法進(jìn)行求解推算（坐標(biāo)系以及變量的計(jì)算），在全方面綜合分析過(guò)這個(gè)機(jī)械臂的構(gòu)造后，運(yùn)用正確的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，采用解析幾何法迭代法等推算不同關(guān)節(jié)交界處的變量，在驗(yàn)證了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型合理性正確性的基礎(chǔ)上完成機(jī)械臂的精準(zhǔn)操作和優(yōu)化升級(jí)的工作。