针对七自由度冗余度机械臂逆运动学求解问题,提出一种求解逆运动学的新方法。采用闭环模型建模的多维序列处理方法,将无迹卡尔曼滤波算法作为递推算法对机械臂实时状态进行估计,输入向量由前向模型的输入序列和反馈模型中的测量输出序列组成,建立具有闭环框架的七自由度冗余机械手逆运动学的状态空间模型,降低了计算的复杂度。与传统雅可比矩阵的伪逆计算方法对比分析,结果表明所提方法具有较高的位置误差精度和计算效率,在末端执行器的轨迹中加入噪声,显示所提方法具有较好的收敛性能,通过实验表明该方法具有一定的通用性和可靠性。

提出了灵活性椭圆的概念来选择出冗余机械手最灵活的姿势,使其应对动态的路径和障碍物分布环境,完成在线路径追踪及避障任务。另外,采用了探索控制,其核心思想是利用一个仅体现在计算机程序代码中的假想机械手,领先实际机械手固定的时间身位,假想机械手提前探索到未来的环境信息,同时依靠单步遗传算法在线地计算出其最灵活的姿势作为姿势最优解,身后的实际机械手逐步向假想机械手的最佳姿势过渡。除此之外,还增设了在线避障预警控制系统,当检测出未来可能发生碰撞时,立即发出危险警报,同时制动实际机械手,最大程度地确保了系统的安全性。最后,平面内四关节机械手的仿真结果验证了在线路径追踪及避障预警控制系统的有效性。