機器人工作空間

機器人空間是指機器人末端執行器運動描述參考點所能達到的空間點的集合，一般用水平面和垂直面的投影表示。

機器人工作空間的形狀和大小是十分重要的，機器人在執行某作業時可能會因為存在手部不能到達的作業死區(dead zone)而不能完成任務。

基本介紹

• 中文名：機器人空間
• 外文名：robot workspace
• 定義：機器人末端可達空間集合
• 繪製方法：解析法等
• 表示方法：投影或解析方程
• 所屬學科：機器人技術

形狀

工作空間的形狀因機器人的運動坐標形式不同而異。直角坐標式機器人操作手的工作空間是一個矩形六面體。圓柱坐標式機器人操作手的工作空間是一個開口空心圓柱體。極坐標式機器人操作手的工作空間是一個空心球面體。關節式機器人操作手的工作空間是一個球。因為操作手的轉動副受結構上限制，一般不能整圈轉動，故後兩種工作空間實際上均不能獲得整個球體，其中前者僅能得到由一個扇形截面旋轉而成的空心開口截錐體，後者則得由幾個相關的球體得到的空間。

分類

機器人的工作空間有三種類型：

可達工作空間(reachable workspace)，即機器人末端可達位置點的集合；

靈巧工作空間(dextrous workspace)，即在滿足給定位姿範圍時機器人末端可達點的集合；

全工作空間(9lobal workspace)，即給定所有位姿時機器人末端可達點的集合。

繪製方法

(1)幾何繪圖法。幾何繪圖法得到的往往是工作空間的各類剖截面或者剖截線。這種方法直觀I生強，但是也受到自由度數的限制；當關節數較多時，必須進行分組處理；對於三維空間機器手無法準確描述。

(2)解析法。解析法雖然能夠對工作空間的邊界進行解析分析，但是由於一般採用機器手運動學的雅可比矩陣降秩導致表達式過於複雜，以及涉及複雜的空間曲面相交和裁減等計算機圖形學內容，難以適用於工程設計。

(3)數值方法。數值方法以極值理論和最佳化方法為基礎，首先計算機器人工作空間邊界曲面上的特徵點，用這些點構成的線表示機器人的邊界曲線，然後用這些邊界曲線構成的面表示機器人的邊界曲面。這種方法理論簡單，操作性強，適合編程求解，但所得空間的準確性與取點的多少有很大的關係，而且點太多會受到計算機速度的影響。