机器人奇异点理解

精品文档 1欢迎下载 机器人奇异点的理解机器人奇异点的理解 每种型号的机器人都有奇异点 那么奇异点是如何产生 产生的结果 每种型号的机器人都有奇异点 那么奇异点是如何产生 产生的结果 当机器人以笛卡尔坐标系运动时 经过奇点 某些轴的速度会突然变得很快 TCP 点的路 径速度会显著减慢 因此 应避免机器人的轨迹经过奇点附近 奇异点产生如下结果 1 机械臂自由度减少 从而无法实现某些运动 2 某些关节角速度趋向于无穷大 导致失控 3 无法求逆运算 如何产生奇异点 如何产生奇异点 singularitysingularity 说到奇异点的产生就不得不提一下的 Gimbal Lock 2 如下图 飞机内部的陀螺仪有三个旋转的自由度 假设三个圈会随着飞机的旋转而旋转 旋转 的轴线如上图 当其中 pitch 角向上达到 90 时 其中一个圈与原本水平的圈在这一瞬间发生了重合 从而减 少了一个自由度 精品文档 2欢迎下载 当然 飞机的旋转并没有真的被 LOCK 了 依然可以运动 相同的情况同样可以发生在机器人上 6 轴串联关节机器人有三种奇点 腕部奇点 肩部奇点 肘部奇点 1 腕部奇点发生在 4 轴和 6 轴重合 平行 时 2 肩部奇点发生在腕部中心位于 1 轴旋转中心线时 3 肘部奇点发生在腕部中心和 2 轴 3 轴一条线 4 轴和 6 轴产生奇异点 wrist singularity 下图中的六轴机器人 四轴和六轴相交 3 大部分机器人四轴和六轴都会相交 所以很多机器 人都会存在这种奇异点 这玩意跟机器人的品牌无关 只和结构有关 机器人的五轴与四轴和六轴的轴线相交 因此 机器人四 五 六三个轴便形成了上面提到的 Gimbal Lock 当五轴旋转到某个角度时 比如下面这个角度 所有的关节角度都是 0 四 精品文档 3欢迎下载 轴和六轴共线 奇异在此发生 因此 在某系机器人仿真软件里 比如说 ABB 的 robotstudio 当你打开机器人模型的时候 机器人的五轴会是这样的 耷拉着小脑袋真不是为了卖萌 而是为了避开奇异点 除了这种奇异点 还有其他两种 精品文档 4欢迎下载 1 1 轴和轴和 6 6 轴奇异点轴奇异点 Alignment Alignment singularity singularity 三 当机器人的 2 轴和 3 轴产生奇异点 Elbow singularity 比如在当前的姿态下 机器人的端点可以产生的速度是由两个速度合成的 v1 和 v2 v1 是由于第一个旋转关节产生的 v2 是由于第二个旋转关节产生的 图 a 图 b 精品文档 5欢迎下载 可以看到图 a 中两个速度矢量 v1 和 v2 在平面上没有共线 它们是独立的 不共线的 我们 是可以通过调整 v1 和 v2 的大小来得到任意的合速度的 大小和方向 但是 当机器人处于图 b 这个姿态的时候 这个情况很直接 无论你怎样改变 v1 和 v2 的大 小 你都只能合成出和 v1 v2 方向相同的速度 这就意味着你的机器人端点的速度不是任意 的了 你只能产生某个方向上的速度 这样机器人就奇异了 在机器人控制上来说 就意味着 你一旦奇异了 你就不能随意控制你 的机器人朝着你想要的方向前进了 这也就是前面所谓的自由度退化 逆运动学无解 解决办法 1 在规划路径中尽可能的避免机器人经过奇异点 2 结合机器人运动学 优化机器人反解算法 确保在奇异点附近伪逆解的稳定性 精品文