针对一款位姿强耦合的七自由度凿岩机械臂,提出一种基于旋量理论和微分流形理论的逆运动学求解算法。利用Paden-Kahan子问题和几何法得到该冗余机械臂的全部逆解。由于冗余关节的存在,通过末端执行器所需位姿进行求解可以得到无穷组关节逆解,其呈现出光滑流形结构,根据自运动流形的特点,将其分别映射到位置关节空间和姿态关节空间。随后根据实际作业需要,建立多目标优化泛函,对机械臂的解空间进行优化,得到优化解流形。最后针对优化解流形的一组关节逆解进行五次多项式轨迹规划。结果表明选取的最优解使凿岩机械臂在整个定位过程中运动稳定,位姿误差较小,从而验证了逆运动学解法和优化流形的正确性。

针对在公交车体内部作业的7自由度排爆机械臂进行研究,利用三维建模软件对冗余自由度排爆机械手进行建模,使用D-H法对机械手臂建立坐标系,对机械手的位姿进行正运动学分析并建立手臂末端位姿矩阵。利用蒙特卡洛法对手臂末端作业空间进行研究,使用MATLAB软件进行仿真绘制出手臂末端在车体内部的点阵图,分析手臂末端作业空间和盲区,研究目标空间与作业空间的关系,为避免在盲区中作业提出手臂使用的优化方案。