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如何理解機器人工作中的奇異點現象？

2024-04-12 閱讀：16021次

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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無窮解的情況，即使機器人笛卡爾坐標值發生了很小的變化，也會導致軸關節發生很大的變化，這樣就使得機器人無法正確的按照軌跡規劃運動。因此，在工業機器人領域將這些點稱為機器人奇異點。

機器人在奇異點附近進行規劃運動（直線、圓弧等，不包括關節運動）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運動。

插補運動和關節運動

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，也就是機器人根據要求的笛卡爾坐標值，逆向計算出各個關節需要運動的角度。

因此，要熟練的應用工業機器人，對工業機器人奇異點進行一定程度地了解是非常有必要的。常見的六軸串聯工業機器人會在三個位置逆解出無數個解的情況，出現三種奇異點，分別為肩關節奇點、肘關節奇點和腕關節奇點。

肩關節奇異點

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

這種情況下，會導致關節軸1和關節軸4試圖瞬間旋轉180度。從而引起機器人超速報警，出現無法繼續工作的狀況。

肘關節奇異點

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

肘關節奇異點一般位于機器人工作區域的最外緣，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。

腕關節奇異點

腕關節奇異點是指在機器人運動空間內，關節4和關節6的軸線與關節5的軸線在同一平面內。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果相互補償，形成無數個解。我們可以從圖中看到，肩關節奇異和肘關節奇異位置都在機器人非主要工作區域，一般不會在調試中出現這樣的姿態，處理較為簡單，只要限制機器人作業范圍，就可輕易地回避。

但是腕部奇異點不同，在機器人工作區域的幾乎所有位置都有可能發生，其規避方法相對困難，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生機理，并根據具體情況靈活應對，是確保機械臂穩定運行的關鍵。在路徑規劃中，要盡量避免機械臂經過奇異點。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域，將焊接板放置在沒有奇異點的路徑上，就可以最大程度地避免機械臂經過奇異區域，充分發揮機器人作業的優勢。

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