冗余自由度超声检测机器人的逆运动学分析

2012年07月03日13:45:51 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

马华栋，徐志农，杨辰龙，涂春磊
浙江大学机械工程学系，浙江杭州

摘　　　要：针对一类冗余自由度超声检测机器人的传统逆运动学求解算法耗时长且准确度低的问题，提出了一种基于集合划分和解析解法相结合的逆运动学求解算法。首先采用Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ方法建立检测机器人的运动学方程；其次，利用解析解法求出机器人逆解的解析表达式，并提出三种自由度分配方案；较后，选择合适的自由度分配方案，据此对超声波探头位姿集合作划分，结合逆解解析式求出运动学逆解。实际应用中，借助十一轴超声波检测机器人，利用该算法对具有复杂外形的飞机螺旋桨叶片进行检测。结果表明，与传统的纯数值解法相比，该算法能够快速得到精确的运动学逆解。

关　键　词：超声检测；机器人；冗余自由度；逆运动学；集合划分

１　引　言
超声波无损检测，特别是超声Ｃ扫描，由于其显示直观、检测效率高，已被广泛用于航空件等大型构件的质量检测［１］。本文借助十一轴超声检测机器人，利用喷水式穿透法对大型螺旋桨叶片进行检测。检测机器人由单自由度的导轨平台和置于导轨上的２个五自由度的检测操作臂组成，在导轨方向上存在冗余自由度。针对冗余机器人的逆运动学分析，传统的逆运动学求解算法如迭代法、梯度投影法、几何法等，涉及雅克比矩阵伪逆的计算或需要反复作图，计算量大、耗时长，且不能保证给出全部逆解［２］。近年来提出的逆运动学求解算法［３６］，结构复杂且计算量大，涉及的优化参数多等。对大型曲面构件的超声检测，曲面上的被检测点数可达上万个，甚至更多，同时对逆解的准确性要求较高。因此，使用上述求解算法来计算检测机器人的运动学逆解是不合理的。在当前对冗余移动操作臂的研究基础上［７１０］，本文提出一种基于集合划分的逆运动学求解算法。该算法结构简单，求解速度快，且具有很高的计算精度。

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