机械臂的优化升级

方立志　高永鑫

摘 要：本文主要是就六自由度机械臂求取结果，在原有方法的基础上提出一种不同于以往的新式理论。我们主要是依据这个六自由度机械臂的整体构造特征以及它在工作中所接受到的外来束力，在这个基础上进行六自由度机械臂工作效率的高效分析和研究，以此也创设出一种完全适用于这种六自由度机械臂的模板（涉及到正运动等学科的理论知识），同时，我们也取得了相关的分解计算方法，可以说是一次正统的创新改革，对于六自由度机械臂的改进和使用来说具有重大的实践意义。

一，六自由度机械臂

六自由度机械臂主要是一种可以替代人类手以及臂膀功能的机器设备，在实现人类手臂完成不了的任务的同时高效率的解放了人类的手和臂。它的主要功能体现在大型物体的抓取工作，以及重型机械设备的搬离运送工作。这种机械臂最大的好处就在于它可以替代人类，处于极其恶劣的环境中进行高效率的工作，在解放人类劳动力的同时也保证了我们的人身安全，对于生产力的解放、工作效率的提高自己稳定性的保持等方面都取得了很好的成绩效果。到目前为止，机械臂的使用已深入到各个领域中，如电子机器制造，原子核能开发研究，航空航天制造，冶金挖掘等等。

到目前为止，现有的一些求解方法主要是常见的解析几何法以及迭代法等等。其中，Paul所提到的有关机械臂的解析法是专门针对这个逆向运动学做出的研究，具有很强的指导意义。Regina也曾经通过迭代法等方式计算出六自由度机械臂复杂结构下的多角度位逆值。Saab则从机械臂可否协调工作的实践操作性的角度对机械臂进行了深入的研究，他所采用的方式就是将等式以及不等式的约束问题带入研究，从而成功的解决了机械臂中出现的重复性约束的难题，他已经完成了机械臂效率提高的一个难题。Jun研究员采取的是把这个运作速度操控难题相应的变为用逆运动学来进行求取结果的难题，同时大大节省了我们在深海中进行机器控制的功夫。

研究发现：迭代法的运用因为一些条件限制（初始值），而导致的求取结果单一现象使得这个方法备受争议。运用解析几何法，可以在实现简化目的的同时得到全部的解值。不过我们在日常研究的过程中最常使用的就是综合法：先用解析法求得所有的解值，选择其他的求解法进行最优组解值。

一，正向运动学的研究分析

创设模型的标准方法就是使用D-H，这种方法的主题思路就是：一开始要没有遗漏的在每一个关节处都确定坐标系；接着，有关两个任意坐标系的转换实现方法要确定下来，并保证顺利进行；最后总结出整个机械臂矩阵形式整体变化。

1，创设坐标系

二，逆向运动学的研究分析

求解的过程主要是通过已知的坐标数值，这个数值特指的是机械臂最末尾处的一个操作执行器，然后根据已知的数据进行推算求取不同关节交界处的精准角度数值。这种求解过程也是对于正向的反向求解方式的另一种体现。对比正向的求解，反向也就是逆向的求解方式则显得更加繁琐，许多正向求解方式都很简单，而且结果也具有唯一性，逆向的有时候会出现没有解值的情况。

1，关节交界处的角度求值

由以上的求解过程发现，运用逆向的求解方式得到的并不是唯一仅有的解值，所以我们在实践操作设计的过程中一定要做到依据实际情况（主要是最末尾处的操作执行器具体位置象限还有它们的行走轨迹）来进行最后的选择和精准计算。

四，结束语

我们要想准确的对机械臂的行走轨迹进行严密精准控制的操作，就一定要做好有关它的运动学相关研究，这是研究的基础工作，只有做好运动学的研究工作，创设出合理的模板结构，使用D-H的方法进行求解推算（坐标系以及变量的计算），在全方面综合分析过这个机械臂的构造后，运用正确的正逆運动学知识，采用解析几何法迭代法等推算不同关节交界处的变量，在验证了正逆运动学模型合理性正确性的基础上完成机械臂的精准操作和优化升级的工作。