石材雕刻机械臂运动学性能的分析与优化

来源：机床与液压杂志2022年第9期北京时间：

作者：尹方辰，史宏伟，纪清智，陈寅昊，王柴志，黄国钦，崔长彩

单位：华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院；华侨大学制造工程研究院

摘要：石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂，其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型，通过旋量理论中的指数乘积公式计算石材雕刻机械臂正运动学解和逆运动学解；基于雅克比矩阵的条件数，提出可以定量描述石材雕刻机械臂运动性能的指标(灵巧度)，并进一步研究灵巧度在关节空间坐标和操作空间坐标下的变化规律；基于Dijkstra优化理论，在石材雕刻机械臂的可达工作区内给出机械臂运动性能最优的工作空间。结果表明：当石材雕刻机械臂在最优工作空间中移动时，其关节角加速度的波动会大幅减小。研究成果可为石材雕刻机械臂加工位置的布局提供参考。

关键词：石材雕刻机械臂;运动学性能;灵巧度指标;Dijkstra优化理论;优化工作空间

基金资助：国家自然科学基金项目(51905181;U1805251);福建省自然科学基金面上项目(2019J01084);工业机器人与智能制造福建省高校工程研究中心开放课题（Gyjq2002）