多自由度机械臂关节运动控制研究

李美强1，马庆禄1，闫浩1，余腾伟2 （1.重庆交通大学 交通运输学院）（2.重庆交通大学 机电与车辆工程学院）

摘要：机械臂结构具有高度非线性和强耦合等特点，高精度运动控制一直是国内外学者关注的热点问题。以AR4机械臂为研究对象，对机械臂控制影响较大的正、逆运动学进行系统的分析，确定机械臂相应结构参数，利用D-H法求解机械臂正、逆运动学数值计算模型。针对机械臂在空间运动中关节卡顿产生的抖动现象，采用三次样条插值算法进行优化。在笛卡儿空间规划中采用直线插补法减少末端执行器运动距离，通过Matlab仿真得出具体规划点，满足设计要求。最后，利用SolidWorks建立机械臂的三维模型并生成统一机器人描述格式（Unified Robot Description Format，URDF）模型，使用MoveIt进行实际机械臂在关节空间和笛卡儿空间的轨迹规划，通过RViz展示运动过程。试验结果表明，加入三次样条插值算法后，机械臂关节电动机能够保持稳定的运转，相对于无三次样条插值算法，关节轨迹曲率分别降低了15.4%、35.6%、21.3%、26.8%、18.98%和45. 7%，有效解决了关节运动过程中的抖振问题，实现了机械臂平稳运动。

关键词：六自由度机械臂；正逆运动学；三次样条插值；运动控制