【摘 要】
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灵活性是评价机器人性能的一个重要指标,长期以来学者们对机器人灵活工作空间分析进行了大量的研究工作,但有关灵活工作空间的确定仍然没有找到通用的方法.该论文从神经外科
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灵活性是评价机器人性能的一个重要指标,长期以来学者们对机器人灵活工作空间分析进行了大量的研究工作,但有关灵活工作空间的确定仍然没有找到通用的方法.该论文从神经外科手术机器人BH600应用中的实际问题出发,解决了BH600机器人运动学正、逆解问题,通过对BH600机器人灵活性的分析提出五自由度机器人灵活性分析方法,并对其中的一系列问题进行了仿真验证.首先,提出了一种解析与数值计算相结合的逆运动学求解算法.将传统的迭代算法转化为寻找合适的目标收敛函数,对机器人的一个关节变量进行迭代,求得满足收敛条件的该关节变量精确解,其余关节变量可以用解析式求得,把逆运动学的多变量迭代求解问题简化为一维变量迭代求解.并将该算法通过数值仿真实现,实验结果验证了该算法可以满足机器人手术路径拟合的实时性和准确性要求.其次,提出了一种从逆运动学多解中选取有效关节角序列的算法,进行机器人臂形分析,实现了机器人各个关节运动的连续性.通过数值仿真和实际机器人操作过程中的检验证实了该算法的正确性.再次,引用服务球的定义,结合机器人实际工作需要引出任务灵活度概念,分析了机器人工作空间中任一点的灵活性,并给出机器人工作空间各点灵活度分布的仿真显示图,确定了BH600机器人满足工作要求的灵活工作空间,为医生进行手术器械安置和手术路径规划提供了可靠的依据.最后,给出其他结构五自由度机器人灵活性的分析结果,在同样工作空间内同BH600机器人比较.分析了结构参数对机器人灵活性的影响,为机器人设计者提供参考.这种在具体设计之前预先给出灵活性分析结果的方法能够使设计者根据任务的要求选择机器人的结构和参数,减少设计过程中不必要的重复工作.
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