機械臂的優化升級

方立志　高永鑫

摘 要：本文主要是就六自由度機械臂求取結果，在原有方法的基礎上提出一種不同于以往的新式理論。我們主要是依據這個六自由度機械臂的整體構造特征以及它在工作中所接受到的外來束力，在這個基礎上進行六自由度機械臂工作效率的高效分析和研究，以此也創設出一種完全適用于這種六自由度機械臂的模板（涉及到正運動等學科的理論知識），同時，我們也取得了相關的分解計算方法，可以說是一次正統的創新改革，對于六自由度機械臂的改進和使用來說具有重大的實踐意義。

一，六自由度機械臂

六自由度機械臂主要是一種可以替代人類手以及臂膀功能的機器設備，在實現人類手臂完成不了的任務的同時高效率的解放了人類的手和臂。它的主要功能體現在大型物體的抓取工作，以及重型機械設備的搬離運送工作。這種機械臂最大的好處就在于它可以替代人類，處于極其惡劣的環境中進行高效率的工作，在解放人類勞動力的同時也保證了我們的人身安全，對于生產力的解放、工作效率的提高自己穩定性的保持等方面都取得了很好的成績效果。到目前為止，機械臂的使用已深入到各個領域中，如電子機器制造，原子核能開發研究，航空航天制造，冶金挖掘等等。

到目前為止，現有的一些求解方法主要是常見的解析幾何法以及迭代法等等。其中，Paul所提到的有關機械臂的解析法是專門針對這個逆向運動學做出的研究，具有很強的指導意義。Regina也曾經通過迭代法等方式計算出六自由度機械臂復雜結構下的多角度位逆值。Saab則從機械臂可否協調工作的實踐操作性的角度對機械臂進行了深入的研究，他所采用的方式就是將等式以及不等式的約束問題帶入研究，從而成功的解決了機械臂中出現的重復性約束的難題，他已經完成了機械臂效率提高的一個難題。Jun研究員采取的是把這個運作速度操控難題相應的變為用逆運動學來進行求取結果的難題，同時大大節省了我們在深海中進行機器控制的功夫。

研究發現：迭代法的運用因為一些條件限制（初始值），而導致的求取結果單一現象使得這個方法備受爭議。運用解析幾何法，可以在實現簡化目的的同時得到全部的解值。不過我們在日常研究的過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行最優組解值。

一，正向運動學的研究分析

創設模型的標準方法就是使用D-H，這種方法的主題思路就是：一開始要沒有遺漏的在每一個關節處都確定坐標系；接著，有關兩個任意坐標系的轉換實現方法要確定下來，并保證順利進行；最后總結出整個機械臂矩陣形式整體變化。

1，創設坐標系

二，逆向運動學的研究分析

求解的過程主要是通過已知的坐標數值，這個數值特指的是機械臂最末尾處的一個操作執行器，然后根據已知的數據進行推算求取不同關節交界處的精準角度數值。這種求解過程也是對于正向的反向求解方式的另一種體現。對比正向的求解，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單，而且結果也具有唯一性，逆向的有時候會出現沒有解值的情況。

1，關節交界處的角度求值

由以上的求解過程發現，運用逆向的求解方式得到的并不是唯一僅有的解值，所以我們在實踐操作設計的過程中一定要做到依據實際情況（主要是最末尾處的操作執行器具體位置象限還有它們的行走軌跡）來進行最后的選擇和精準計算。

四，結束語

我們要想準確的對機械臂的行走軌跡進行嚴密精準控制的操作，就一定要做好有關它的運動學相關研究，這是研究的基礎工作，只有做好運動學的研究工作，創設出合理的模板結構，使用D-H的方法進行求解推算（坐標系以及變量的計算），在全方面綜合分析過這個機械臂的構造后，運用正確的正逆運動學知識，采用解析幾何法迭代法等推算不同關節交界處的變量，在驗證了正逆運動學模型合理性正確性的基礎上完成機械臂的精準操作和優化升級的工作。