開鏈式機械臂DH 建模思路

徐紅鑫，慕 麗

（沈陽理工大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

機械臂能模仿人手和手臂的某些功能，雖然不如人體手臂靈活，但在三維空間，四到六個自由度就能滿足三維空間的簡單工作，例如用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。他可以代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在不利于人身安全的環境完成工作目的，因而廣泛應用于機械制造、冶金、輕工業等各個領域。隨著一些工業和航天行業的發展，對機械臂運動控制系統的精度要求越來越高，相關技術也引起了人們廣泛的關注，其中重要的一環就是機械臂運動學的建模以及求解[1]。

運動學從工作需求以及功能上可分為正運動學以及逆運動學，正運動學為通過給定各個關節的角度而求出機械臂上任意一點（主要是末端執行器）的位置以及姿態。逆運動學為通過給定末端執行器的位置以及姿態，計算各個關節能夠實現這一要求的運動量。其中逆運動學是運動學建模以及求解的關鍵也是難點[2]。機械臂的正運動學模型為機械臂遞歸動力學控制的每一步提供了各個連桿的質心位置以及關節位置，而機械臂的逆運動學與機械臂的軌跡規劃是密不可分的。

由于工程中絕大多數機械臂都是串聯結構，故主要討論該結構類型的建模思路，以及常用建模方法和求解方法。

1 傳統DH 與改進DH

1.1 兩種建模方式的發展

DH 系及DH 參數表示了用關節連接的相鄰兩根桿件間的坐標系及坐標參數。……