第２２卷第２期济南大学学报（自然科学版）

Ｖ０１．２２Ｎｏ．２

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文章编号：１６７１—３５５９（２００８）０２—０１８９一０４

袋装物料搬运机器人的运动学逆解

李长春１，康鹏桂１，彭善飞２，滕瑞静１

（１．济南大学机械工程学院，山东济南２５（）０２２；２．苏州大学机械工程学院，江苏苏州２１５０２１）

摘要：根据机器人Ｄ—Ｈ方法分析袋装物料搬运机器人的特点，利用坐标变换法和符号法对机器人机构运动学方程进行推导。得到５自由度袋装物料搬运机器人的逆运动学求解的通用公式，为实际的袋装物料搬运机构的位置及速度控制提供了依据。

关键词：袋装物料搬运机器人；运动学分析；运动学逆解中图分类号：ＴＨｌ２２

文献标识码：Ａ

机械臂末端到达位置的远近还需要有大臂与小臂两个自由度２与３；考虑单袋水泥（质量一般为５０ｋｇ）属较重物体，搬运过程中应保持腕部始终朝下，以减小末端重物对机器人产生的附加力矩，这需要增加一个腕部自由度４；由于抓取与释放都保证末端夹持器侧壁的方向，这样调整末端姿态也需要一个自由度５ｐＪ，坐标系如图２所示。

研究机器人的运动学逆解是机器人运动规划和

轨迹控制的基础，直接关系到运动分析与编程。正向运动学的解是唯一确定的，即各个关节变量给定之后，机械手臂末端执行器的位姿唯一确定。反之，已知机器人的初始位姿，如何将末端放在所期望的位姿上，即为了把机器人从一个位置移动到另一个位置上，求解机器人的各个关节变量，属于逆运动学问题讨论的范围。本文针对机械手臂的结构，从运动学的角度，求出了运动学的解析逆解，为袋装物料搬运机构的控制提供了必要的运动学参数…。

图１物料搬运机器人简图

４

１坐标系的建立

本文所研究的袋装物料搬运机器人属于５自由度关节式机器人，机器人结构如图１所示。该机器人的５个关节都是转动关节，以水泥袋搬运为例，描述搬运机器人的作业特点为：机器人在装车作业时处于水泥袋料垛与汽车车厢之间，将水泥袋装运至车厢内各个位置，保证机器人的大臂和小臂联合转动后，机器人的夹持器能够到达摆放水泥袋的上部位置，并且保证大、小臂不会与车厢侧板发生干涉旧Ｊ。机器人的关节及其形式如图１所示：由于袋装物料分布的范围较广，基座需要有一个绕＝轴方向的自由度ｌ用来调节机械臂到达不同抓取与释放位置的指向；为了调节

收稿日期：２００７—０５—２ｌ

基金项目：山东省自然科学基金（Ｙ２００７Ｇ２３）；山东省教育厅科技

计划（ｊ０５８０２）

作者简介：李长春（１９５６一），男，安徽砀山人。教授，硕士生导师。

图２物料搬运机器人零位时各杆坐标系

２运动学方程的建立

５自由度袋装物料搬运机械手臂可以认为是由一系列关节连接起来的连杆机构所组成。把构件坐标系嵌入机械手臂的每一个连杆机构中，可以用齐次变换来描述这些坐标系之间的相对位置和方向…。

描述一个连杆与下一个连杆之间关系的齐次变

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