[发明专利]规避并联机构运动奇异的免奇异输入参数取值空间方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种规避并联机构运动奇异的方法，特别是一种规避并联机构运动奇异的免奇异输入参数取值空间方法。

背景技术

运动奇异是并联机构的固有特性。与串联机构运动奇异多发生在边界不同，并联机构的运动奇异主要发生在工作空间内部，突出特征为：锁定驱动器长度，动平台依然可以获得一个或几个自由度，动平台失控，其载荷能力急剧下降。并联机构的运动奇异严重制约了其在重大工程，如航空航天等领域的应用。因此，消除运动奇异对并联机构的影响，对于改善并联机构性能，拓展其应用领域，具有重要的价值。

为了克服运动奇异对并联机构性能和工作空间带来的消极影响，人们提出了规避并联机构运动奇异的冗余构件方法、路径规划方法、传感测度方法和扰动函数方法等。Mohamed和Gosselin在2005年IEEE Transactions on Robotics，21(3)：277-287文中，提出了一种规避并联机构运动奇异的冗余构件方法。通过添加运动冗余构件或驱动器冗余构件，改变原并联机构的局部奇异位置分布形态，实现局部工作空间的奇异运动规避。但由于冗余构件的引入，使并联机构运动学问题的求解变得异常困难，而利用驱动器冗余构件规避并联机构运动奇异，当运动副存在间隙和驱动器存在执行误差时，导致并联机构出现极大的内应力。特别是，一个冗余驱动只能解决某一奇异构型附近的运动奇异规避问题，而不能解决整体工作空间内所有奇异构型处的运动奇异规避问题。Dasgupta和Mruthyunjaya基于机器人路径规划原理，在1998年Mechanism and Machine Theory,33(6):711-725文中，给出了一种在工作空间内构造一条免奇异路径的方法。但当工作空间不存在连通的免奇异空间时，所提出的路径规划方法不能构造出一条免奇异路径，方法失效。

为在控制阶段防止并联机构陷入运动奇异状态，Ranganath等在2004年Mechanism and Machine Theory，39(9)：971-998文中，给出了一种传感测度方法。通过在并联机构连杆上加装力/力矩传感器，预测并联机构当前位置与奇异位置的接近程度，防止并联机构陷入奇异运动状态。由于传感信息与奇异位置的关系非常复杂，当传感信息设定值较大时，在并联机构铰链间隙的影响下，很容易导致并联机构陷入运动奇异状态；而当传感信息设定值较小时，又很容易造成误判，导致工作空间的非连续。Wang等在2008年ASME Journal of Mechanical Design,130(5):052305-1-8文中提出的扰动函数方法，虽可解决并联机构在奇异位置处的运动奇异规避问题，但由于扰动函数构造异常复杂，且仅针对一个奇异位置，造成该方法的通用性较差，很难在控制阶段具体应用。

尽管人们，如St-Onge、Bandyopadhyay、Huang等给出了以位姿参数描述的并联机构奇异位置空间分布模型。但由于该类空间分布模型不能降维，须假定某些位姿参数取值，才能得到直观的空间分布模型，如三维空间分布模型。类似地，Jiang和Gosselin在2008年ASME Journal of Mechanical Design,130(11):112304-1-8文中，绘出了给定三个方向位姿参数由三个位置位姿参数描述的免奇异空间。对于该类由位姿参数描述的奇异位置空间分布模型，或免奇异空间，当假定条件发生变化时，分布模型也随之发生变化，尤其是，因动平台位姿监控和测量存在巨大的困难，以及该类分布模型或免奇异空间与并联机构输入参数无关等原因，使得该类分布模型不能直接用于在设计阶段和控制阶段消除或防止并联机构的运动奇异。