2022年 04期

摘要(Abstract)：

为了更准确地描述多连杆机器人的工作空间，提出一种基于Delaunay三角划分网格的多连杆机器人工作空间计算方法；给出多连杆机器人的基本结构并进行化简，得到多连杆机器人的运动学方程，构建工作空间的密度函数，绘制出末端轨迹点云图，分别采用所提出的方法、数值积分法和网格划分法计算工作空间的面积。结果表明，采用数值积分法和网格划分法计算的工作空间面积误差率分别为2.76%、 2.27%,而采用所提出的方法计算的误差率为1.77%,该方法的计算性能明显优于其他2种方法的计算性能。

关键词(KeyWords)： 多连杆机器人;工作空间;三角划分网格;蒙特卡罗法;密度函数

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(52075306)

作者(Author): 吴虎,李鑫宁,杨先海,薛鹏,谭帅

DOI: 10.13349/j.cnki.jdxbn.20220303.001

参考文献(References)：

[1] 吕博瀚.空间机器人多自由度灵巧手关键技术研究[D].北京：中国航天科技集团公司第一研究院，2018.

[2] 黄安贻，姚迪，杨文林，等.移动操作机器人运动学及作业灵巧度分析[J].现代制造技术与装备，2019(7):28-31.

[3] VIJAYKUMAR R,WALDRON K J.TASI M J.Geometric optimization of scrial chain manipulator structures for working volume and dexterity[J].The International Journal of Robotics Research,1986,5(2):37-44.

[4] HAMIDA I B,LARIBI M A,MLIKA A,et al.Comparative study of design of a 3-DOF translational parallel manipulator with prescribed workspace[J].Mechanisms and Machine Science,2019,73:501-512.

[5] RASTGAR H,NAEIMI H R,AGHELI M.Characterization,validation,and stability analysis of maximized reachable workspace of radially symmetric hexapod machines[J].Mechanism and Machine Theory,2019,137:315-335.

[6] 方跃法，黄真.平面三自由度机器人的有限灵活工作空间研究[J].东北重型机械学院学报，1997,21(3):196-200.

[7] DASTJERDI A H,SHEIKHI M,MASOULEH M T.A complete analytical solution for the dimensional synthesis of 3-DOF delta parallel robot for a prescribed workspace [J].Mechanism and Machine Theory,2020,153:103991.

[8] MOLDOVAN L.Geometrical method for description of the 6-PGK Parallel robot’s workspace[C]//2008 First International Conference on Complexity and Intelligence of the Artificial and Natural Complex Systems,Medical Applications of the Complex Systems,Biomedical Computing,November 8-10,2008,Tirgu Mures,Romania.New York:IEEE,2008:45-51.

[9] GARCíA-MURILLO ■ D A,GALLARDO-ALVARADO J,et al.Algorithm to determine the volume and shape of constant orientation workspace for a 2(3-RRPS) parallel robot[J].IEEE Latin America Transactions,2020,18(7):1156-1163.

[10] 刘怀周，王双园，白国振，等.角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化[J].液压与气动，2021,45(6):115-120.

[11] WANG Y F,CHIRIKJIAN G S.A diffusion-based algorithm for workspace generation of highly articulated manipulators[C]// Proceedings of the International Conference on Robotics and Automation.Washington,D C,USA:Vol 2.New York:IEEE,2002:1525-1530.

[12] CHEN J P,SAN H J.Workspace analysis for a five degrees of freedom hybrid engraving plotter [J].The Journal of Engineering,2019,13:278-283.

[13] 于红英，刘鹏，赵娣.基于支链的并联机构位置分析及工作空间分析[J].吉林大学学报(工学版),2020,50(4):1275-1282.

[14] 何世凯，段清娟，李浩，等.平面索牵引机构工作空间解析求解与验证[J].西安电子科技大学学报，2019,46(4):28-34.

[15] 田海波，马宏伟，魏娟.串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究[J].农业机械学报，2013,44(4):196-201.

[16] HE B,ZHU X R,ZHANG D.Boundary encryption-based Monte Carlo learning method for workspace modeling[J].Journal of Computing and Information Science in Engineering,2020,20(3):034502.

[17] ZHAO Z Y,HE S,ZHAO Y P,et al.Workspace analysis for a 9-DOF hyper-redundant manipulator based on an improved Monte Carlo method and Voxel algorithm[C]//2018 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA),August 05-08,2018,Changchun,China.New York:IEEE,2018:637-642.

[18] BADER A M,MACIEJEWSKI A A.A hybrid approach for estimating the failure-tolerant workspace size of kinematically redundant robots[J].IEEE Robotics and Automation Letters,2021,6(2):303-310.

[19] 樊桂菊，李钊，毛文华，等.基于工作空间的果园作业平台结构参数优化与试验[J].农业机械学报，2021,52(4):34-42,265.

[20] 东辉.冗余机械臂运动学及移动平台航位推算和轨迹规划研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015.

[21] 袁友伟.自适应非结构化网格生成及优化技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2007.

[22] 田海波，马宏伟，马琨，等.一种三构态变胞并联机构运动学及工作空间分析[J].机器人，2019,41(3):414-424.

[23] DONG H,DU Z J.Obstacle avoidance path planning of planar redundant manipulators using workspace density[J].International Journal of Advance Robotic Systems,2015,12:91.