如何理解機(jī)器人工作中的奇異點(diǎn)現(xiàn)象？

問題來了，什么是奇異點(diǎn)呢？在其工作空間中存在一些特定點(diǎn)位，這些點(diǎn)會導(dǎo)致機(jī)器人失去一個或多個自由度，當(dāng)機(jī)器人末端工具中心點(diǎn)達(dá)到或接近這些位置時，在其運(yùn)動空間中會出現(xiàn)無窮解的情況，即使機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)值發(fā)生了很小的變化，也會導(dǎo)致軸關(guān)節(jié)發(fā)生很大的變化，這樣就使得機(jī)器人無法正確的按照軌跡規(guī)劃運(yùn)動。因此，在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)⑦@些點(diǎn)稱為機(jī)器人奇異點(diǎn)。

而機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)算法包括正向運(yùn)動學(xué)和逆向運(yùn)動學(xué)。關(guān)節(jié)運(yùn)動屬于正向運(yùn)動學(xué)，這一點(diǎn)非常好理解，當(dāng)你告訴機(jī)器人某個關(guān)節(jié)需要運(yùn)動多少度，那機(jī)器人會非常聽話的運(yùn)動到對應(yīng)的角度。

插補(bǔ)運(yùn)動是機(jī)器人逆向運(yùn)動學(xué)算法，也就是機(jī)器人根據(jù)要求的笛卡爾坐標(biāo)值，逆向計算出各個關(guān)節(jié)需要運(yùn)動的角度。

因此，要熟練的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，對工業(yè)機(jī)器人奇異點(diǎn)進(jìn)行一定程度地了解是非常有必要的。常見的六軸串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人會在三個位置逆解出無數(shù)個解的情況，出現(xiàn)三種奇異點(diǎn)，分別為肩關(guān)節(jié)奇點(diǎn)、肘關(guān)節(jié)奇點(diǎn)和腕關(guān)節(jié)奇點(diǎn)。

以上情況會導(dǎo)致機(jī)器人逆向運(yùn)動學(xué)算法逆解的結(jié)果相互補(bǔ)償，形成無數(shù)個解。我們可以從圖中看到，肩關(guān)節(jié)奇異和肘關(guān)節(jié)奇異位置都在機(jī)器人非主要工作區(qū)域，一般不會在調(diào)試中出現(xiàn)這樣的姿態(tài)，處理較為簡單，只要限制機(jī)器人作業(yè)范圍，就可輕易地回避。

但是腕部奇異點(diǎn)不同，在機(jī)器人工作區(qū)域的幾乎所有位置都有可能發(fā)生，其規(guī)避方法相對困難，在實(shí)際應(yīng)用時，可以利用使末端工具增加一定角度的辦法，避免腕部4軸和6軸中心共線。

因此，了解腕部奇異點(diǎn)的發(fā)生機(jī)理，并根據(jù)具體情況靈活應(yīng)對，是確保機(jī)械臂穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在路徑規(guī)劃中，要盡量避免機(jī)械臂經(jīng)過奇異點(diǎn)。例如，在焊接任務(wù)中，如果焊接點(diǎn)恰好在機(jī)械臂運(yùn)動的路徑點(diǎn)上，我們可以通過識別末端路徑上的奇異點(diǎn)區(qū)域，將焊接板放置在沒有奇異點(diǎn)的路徑上，就可以最大程度地避免機(jī)械臂經(jīng)過奇異區(qū)域，充分發(fā)揮機(jī)器人作業(yè)的優(yōu)勢。