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如何理解機器人工作中的奇異點現(xiàn)象?
發(fā)布時間:2024-05-13 00:00:00

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那可能是它是遇到了奇異點。



問題來了,什么是奇異點呢?在其工作空間中存在一些特定點位,這些點會導致機器人失去一個或多個自由度,當機器人末端工具中心點達到或接近這些位置時,在其運動空間中會出現(xiàn)無窮解的情況,即使機器人笛卡爾坐標值發(fā)生了很小的變化,也會導致軸關節(jié)發(fā)生很大的變化,這樣就使得機器人無法正確的按照軌跡規(guī)劃運動。因此,在工業(yè)機器人領域?qū)⑦@些點稱為機器人奇異點。


機器人在奇異點附近進行規(guī)劃運動(直線、圓弧等,不包括關節(jié)運動)時會報警停止,機器人運動編程時應盡量避開奇異點或以關節(jié)運動通過奇異點。是不是很難理解?別急往下看。



首先,我們要知道機器人的運動

包括插補運動和關節(jié)運動。





插補運動和關節(jié)運動


而機器人的運動學算法包括正向運動學和逆向運動學。關節(jié)運動屬于正向運動學,這一點非常好理解,當你告訴機器人某個關節(jié)需要運動多少度,那機器人會非常聽話的運動到對應的角度。


插補運動是機器人逆向運動學算法,也就是機器人根據(jù)要求的笛卡爾坐標值,逆向計算出各個關節(jié)需要運動的角度。


因此,要熟練的應用工業(yè)機器人,對工業(yè)機器人奇異點進行一定程度地了解是非常有必要的。常見的六軸串聯(lián)工業(yè)機器人會在三個位置逆解出無數(shù)個解的情況,出現(xiàn)三種奇異點,分別為肩關節(jié)奇點、肘關節(jié)奇點和腕關節(jié)奇點。

1

      肩關節(jié)奇異點

肩關節(jié)奇異點是指在機器人運動空間內(nèi),腕關節(jié)中心點與第一個關節(jié)的軸線共線。如下圖所示。


這種情況下,會導致關節(jié)軸1和關節(jié)軸4試圖瞬間旋轉(zhuǎn)180度。從而引起機器人超速報警,出現(xiàn)無法繼續(xù)工作的狀況。

2

      肘關節(jié)奇異點

肘關節(jié)奇異點是指在機器人運動空間內(nèi),腕關節(jié)的中心點落在關節(jié)2和3的軸線形成的平面上。如下圖所示。

肘關節(jié)奇異點一般位于機器人工作區(qū)域的***外緣,看起來像機器人“伸得太遠”,導致肘部鎖定在某個空間位置無法運動。

3

      腕關節(jié)奇異點

腕關節(jié)奇異點是指在機器人運動空間內(nèi),關節(jié)4和關節(jié)6的軸線與關節(jié)5的軸線在同一平面內(nèi)。如下圖所示。

以上情況會導致機器人逆向運動學算法逆解的結(jié)果相互補償,形成無數(shù)個解。我們可以從圖中看到,肩關節(jié)奇異和肘關節(jié)奇異位置都在機器人非主要工作區(qū)域,一般不會在調(diào)試中出現(xiàn)這樣的姿態(tài),處理較為簡單,只要限制機器人作業(yè)范圍,就可輕易地回避。



但是腕部奇異點不同,在機器人工作區(qū)域的幾乎所有位置都有可能發(fā)生,其規(guī)避方法相對困難,在實際應用時,可以利用使末端工具增加一定角度的辦法,避免腕部4軸和6軸中心共線。


因此,了解腕部奇異點的發(fā)生機理,并根據(jù)具體情況靈活應對,是確保機械臂穩(wěn)定運行的關鍵。在路徑規(guī)劃中,要盡量避免機械臂經(jīng)過奇異點。例如,在焊接任務中,如果焊接點恰好在機械臂運動的路徑點上,我們可以通過識別末端路徑上的奇異點區(qū)域,將焊接板放置在沒有奇異點的路徑上,就可以***大程度地避免機械臂經(jīng)過奇異區(qū)域,充分發(fā)揮機器人作業(yè)的優(yōu)勢。

文章來源:埃夫特智能裝備股份有限公司