畢業(yè)設(shè)計(jì)做了六軸機(jī)器人相關(guān)的課題，做完之后學(xué)到很多，在這里分享一下。本篇首先對(duì)六軸機(jī)器人及其研究內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

一、六軸機(jī)器人簡(jiǎn)介

六軸機(jī)器人中的六軸指?jìng)€(gè)六自由度，由關(guān)節(jié)和連桿組成。常見的六軸機(jī)器人為串聯(lián)型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)器人。這里以一款川崎機(jī)器人為例，展示一下其關(guān)節(jié)和連桿分布。
這種類型的機(jī)器人，無論在科學(xué)研究還是在生產(chǎn)制造中都十分常見。如圖所示，有1~6共六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。其中，關(guān)節(jié)1到3控制機(jī)械臂末端的位置，而關(guān)節(jié)4到6主要控制末端的姿態(tài)。通過在末端加上如卡盤，機(jī)械爪等執(zhí)行件，機(jī)械臂便可完成各種各樣的工作。
在控制層面，目前，應(yīng)用在生產(chǎn)制造的機(jī)械臂大多采用示教控制，其過程簡(jiǎn)單，可以較方便地完成大部分工作。

二、六軸機(jī)器人主要研究內(nèi)容

1. 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要研究機(jī)器人末端與基座的相對(duì)位置關(guān)系，是進(jìn)行后續(xù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的理論基礎(chǔ)。分為正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩部分。

1.1 正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題

常見的求解方法有D-H法和旋量理論法。D-H法通過在機(jī)器人上建立連桿坐標(biāo)系，求得相鄰關(guān)節(jié)的變換矩陣，最終獲得機(jī)器人末端相對(duì)于基座的位姿關(guān)系。旋量理論法通過在全局坐標(biāo)系下構(gòu)建各關(guān)節(jié)的單位運(yùn)動(dòng)旋量，利用指數(shù)積公式求得機(jī)器人的正解。

1.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題

一般的求解方法有解析解法，數(shù)值解法和智能解法。
解析解法包括代數(shù)法，幾何法和基于旋量理論的方法。
數(shù)值解法的核心思想是通過迭代解法求得逆解。
智能解法的代表有粒子群優(yōu)化算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。

2. 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

2.1 三個(gè)概念

在陳述這一部分之前，首先提一下這里經(jīng)常會(huì)遇到的三個(gè)概念：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，軌跡規(guī)劃和路徑規(guī)劃。這三個(gè)概念也困擾了我好一段時(shí)間，這里講一下我的認(rèn)識(shí)。
路徑規(guī)劃：即規(guī)劃一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的路徑，不關(guān)乎其他。
軌跡規(guī)劃：除了規(guī)劃路徑之外，還要給出具體經(jīng)過每個(gè)路徑點(diǎn)的時(shí)間，即得到包含路徑點(diǎn)的時(shí)間序列。
運(yùn)動(dòng)規(guī)劃：是個(gè)很廣泛的概念，一般包括路徑和軌跡規(guī)劃，除上述兩者之外，運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)體一切有關(guān)的動(dòng)作和狀態(tài)規(guī)劃都可以稱之為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。
舉個(gè)栗子，在你從家到學(xué)校的路上，有好多條路，選擇哪一條路即為路徑規(guī)劃；在選擇好哪一條路的同時(shí)，計(jì)劃在第幾分鐘走到途中的公交站，超市等等，這就是軌跡規(guī)劃；而以上這些，又都可以統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，除此以外，在途中哪一段單腳跳著走，哪一段和朋友手拉手走，也是運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

2.2 路徑規(guī)劃

回歸正題，對(duì)于機(jī)器人而言，一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃也分為軌跡規(guī)劃和路徑規(guī)劃兩部分。
路徑規(guī)劃一般指考慮避障的路徑規(guī)劃，常見的規(guī)劃算法有兩種，分別為基于圖搜索和基于采樣的算法。
基于圖搜索的算法有Dijkstra算法和A算法等，后者是對(duì)前者的改進(jìn)，由于加入了啟發(fā)函數(shù)，使得A算法具有更好的性能。基于采樣的算法有PRM（概率路圖）和RRT（快速擴(kuò)展隨機(jī)樹）算法。

2.3 軌跡規(guī)劃

軌跡規(guī)劃是在一定的約束條件下，在起始位姿和終止位姿之間，規(guī)劃出一系列隨時(shí)間變化的位姿狀態(tài)。可分為笛卡爾空間軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃。
笛卡爾空間規(guī)劃是指根據(jù)起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的位姿，直接求出末端的位姿變化函數(shù)。這種規(guī)劃方法直觀，對(duì)末端軌跡的控制精確，但計(jì)算量大。笛卡爾空間的規(guī)劃可分為速度規(guī)劃，位置規(guī)劃和姿態(tài)規(guī)劃三部分。
關(guān)節(jié)空間規(guī)劃是指根據(jù)起始點(diǎn)。終止點(diǎn)和中間路徑點(diǎn)的各關(guān)節(jié)的角度值，求出關(guān)節(jié)的角度變化函數(shù)，這種規(guī)劃方法計(jì)算簡(jiǎn)單，控制方便。關(guān)節(jié)空間的規(guī)劃可分為兩點(diǎn)規(guī)劃和多節(jié)點(diǎn)規(guī)劃等。可采用多項(xiàng)式，多段S曲線以及B樣條曲線規(guī)劃等方法。

三、小結(jié)

以上對(duì)六軸機(jī)器人及其主要研究內(nèi)容作了簡(jiǎn)單介紹，之后會(huì)就運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等問題具體進(jìn)行介紹。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-782707.html

到了這里，關(guān)于六自由度機(jī)器人（機(jī)械臂）運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃系列（一）——簡(jiǎn)介的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！