煤矿轻型协作机械臂逆运动学解算与验证

周东旭¹，谢明佐¹，宣鹏程¹，赵明辉²，贾瑞清¹

1. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院2. 中煤科工集团上海研究院有限公司

摘 要：煤矿协作机械臂能够在煤矿生产中协助工人完成相应的生产任务,为解决6自由度煤矿轻型协作机械臂的运动学逆解问题并提高其逆解算法的计算速度,提出了1种基于几何方法与欧拉角变换方法的6自由度机械臂运动学逆解算法。该算法实现简单,求解速度比传统的迭代法和解析法快。采用Denavit-Hartenberg方法建立机械臂的数学模型,推导其正运动学方程,采用几何方法求解机械臂逆解的前3轴角度,采用Z-Y-Z欧拉角变换方法求解其后3轴角度,并在Matlab中编写逆解函数用于实现所提出的逆解算法;在机器人虚拟仿真软件V-REP中建立虚拟的机械臂动力学模型,在Matlab中使用已经编写完成的逆解算法函数通过API接口连接并控制V-REP中的虚拟机械臂,使其末端执行器运动至指定的位置与姿态,从而验证该逆解算法的正确性;在微控制器中使用C语言编写函数实现该逆解算法,将该算法与另外2种常见算法的求解时间进行对比,从而验证了该逆解算法在微控制器中应用的快速性和实用性。Matlab与V-REP联合仿真实验结果表明,该逆解算法求得的机械臂运动学逆解是正确的;在微控制器中求解时间对比实验结果表明,该算法的求解速度比传统算法有一定的提高。该逆解算法为进一步研究协作机械臂的精确定位、轨迹规划与运动规划提供了必要的前提条件。

关键词：煤矿机械臂;运动学;逆解算法;V-REP;Matlab;