码垛机器人的运动学分析与残余振动抑制研究末端执行器的工作空间分析

码垛机器人的工作空间是指其末端执行器上的工作点可以达到的所有空间位置的集合。工作空间的大小是衡量该码垛机器人工作能力的一个非常重要的运动学指标，是在码垛机器人的设计和控制中必须要考虑的问题。在工作空间的边缘部分，末端执行器只能以某种姿态达到，而在其他部分，末端执行器能够以多种姿态到达。为确保码垛机器人能够顺利的完成码垛任务，其实际工作空间应该大于或者等于任务工作空间，为此在码垛机器人设计阶段时，需要根据任务工作空间确定实际工作空间，以保证末端执行器能够完成期望的运动轨迹。码垛机器人的工作空间有两个性能指标:与工作空间体积大小相关的体积指标;与末端执行器运动灵活性相关的灵活度指标。码垛机器人工作空间的灵活度指标又可从运动位移和运动速度两个方面进行评价研究:对于一些给定的点或姿态，研究末端执行器可以到达点或能够实现姿态的集合，即位移灵活性;对于某一位姿，研究码垛机器人运动的可实现性，即可操作性。通过对码垛机器人的工作空间灵活性进行研究，可以考察码垛机器人适应各种工作任务的能力，以便能够更好的设计和控制码垛机器人。码垛机器人工作空间的分析方法包括图解法、解析法以及数值法等。图解法可得到工作空间的刨面线或剖截面，可直观性较强，但易受机构自由度及复杂性的限制;解析法可通过方程表示工作空间的边界轮廓，但较为繁琐，需借助计算软件实现;数值法可通过运动学正解计算出末端执行器工作点的坐标值，计算求得的坐标值数目越多，实际工作空间就越明显。本文中采用解析法分析码垛机器人的工作空间，用方程表示工作空间的边界轮廓，基于MATLAB软件绘制的码垛机器人的工作空间边界轮廓如图3.4所示。

码垛机器人从关节空间向操作空间运动速度的传动可用雅克比矩阵予以表示，即雅克比矩阵可以从运动速度的层面上对码垛机器人工作空间的灵活性进行分析研究。对于码垛机器人运动可操作性的评价，需要基于动力学分析、加速能力以及机刚度性能等研究方法和指标。