“工业机器人＂这种自动化装置出现的比较晚。它的研究工作是５０年代初 从美国开始的。日本、苏联、欧洲的研制工作比美国大约晚１０年。但是日本的 发展速度比美国快。欧洲特别是西欧各国比较注意工业机器人的研制和应用，其 中英国、德国、瑞典、挪威等国的技术水平较高，产量也较大。
１９５４年美国人ＧＣ．德沃尔（Ｇｅｏ珞ｅ Ｄｅｖ０１）获得了一项工业机器人专利。到 １９５８年，美国机械与铸造公司（Ａ．Ｍ．Ｆ）研制成功了一台数控自动通用机器，商 品名为ＶｅｒＳａｔｒａｎ，并以“工业机器人＂（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒ曲ｏｔ）为商品广告投入市场。
ｓｐａｃｅ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｔｗｏ ｓｈｏｒｔｃＯｍｉｎｇｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎＶｅｒｇｅｎｃｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ＢＰ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｎｏｔ ｇｏｏｄ，ａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｉｍｐｌｅ， ｑｕｉｃＩ（，ａ１１ｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅｍｏｄｓ ｔｏ ｓｏｌＶｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｉｎＶｅｒＳｅ
、ｖｏｒｋｉｎｇ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌＶｅ ＩＫＰ．
Ｔｈｅ ＬＭＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｎｌａｔｉｃｓ ｉｓ ｔｒａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｏｍｅ ｆｏｎ）忸ｒｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ａＳ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄａｔａ ｓｅｔ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｌｏｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ
机器人的控制问题主要包括：轨迹规划问题、逆运动学问题和逆动力学问题。 而机器人逆运动学求解问题在机器人学中占有重要地位，是研究机器人动力学和 机器人控制的基础，并直接关系到运动分析、离线编程等。从机器人控制角度讲， 逆运动学问题是一个很重要的课题，一直备受人们关注。
本文以瑞典ＡＢＢ公司生产的ＩＲＢｌ４０型小型工业机器人为例，对空间六自由 度多关节机器人进行了运动学分析，并采用Ｄ．Ｈ方法建立了其运动学模型，推导 出机器人的正运动学公式。本文提出矩阵逆乘的逆解算法。与传统方法相比，大 大减少了计算逆解运动方程的计算量。针对有时在逆解中有几组不是真解的问 题，本文详细讨论各位置参数的取值对逆解结果的影响，明确了逆解角度求解公 式，避免了可能出现的漏解的情况。
ａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｎｓｆｂｍｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ．ｔｒａｉｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｆｒｏｍ ｊｏｉｍ－Ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐａｃｅ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ·Ｖａｒｉａｂｌｅ
本文利用神经网络对于非线性映射的强大的逼近能力，实现机器人从工作变 量空间到关节变量空间的非线性映射，从而求得机器人运动学逆解。将解析算法 得到的运动学正解作为训练样本，采用改进的ＢＰ神经网络算法来研究机器人的逆 运动学问题。利用ＬＭＢＰ神经网络的局部逼近的优点，本文将求解机器人运动学逆 解转化为对神经网络的权值进行训练，实现了机器人从工作空间到关节空间的非 线性映射。该法还克服了标准ＢＰ算法收敛速度慢，收敛精度差的缺点。本文还提 供了另一种简单、快速、准确地逆运动学求解新思路，即用径向基函数网络来进 行函数逼近。最后通过对ＩＲＢｌ４０型机器人的仿真研究表明，用此神经网络算法反 解机器人运动学不仅求解过程简单，学习收敛速度快，还可以避免传统反解方法 中的许多棘手问题。
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第１章绪论
第ｌ章绪论
１．１论文研究背景及研究意义
１．１．１Leabharlann 器人发展历史机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技 术于一体的重要的现代制造业自动化装备。机器人技术的发展与应用极大地改变 了人类的生产和生活方式。利用机器人不仅能够迅速而准确的完成大量简单重复 性工作，而且可以完成许多以前必须通过人工才能完成的复杂工作。此外，在不 改变机器人结构和硬件配置的情况下，通过对机器人重新编程，还可以用机器人 完成多种不同的工作。目前，作为一种先进的生产工具，机器人已经被广泛运用 于多个领域，大大提高了生产过程中的自动化水平，在提高生产效率的同时改善 了产品的质量。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、 ’人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益 广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
ｐａｙ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｔｏ ｉｔ．
ｉｎｄｕ嘶ａｌ ＢａＳｅｄ ｏｎ ＩＲＢ ｌ ４０
ｒｏｂｏｔ ｍａｄｅ ｂｙ ＡＢＢ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａ ６ ＤＯＦ
ｍｕｈｉ．ｉｏｉｎｔ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ｉｎ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ａ１１ｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｋｉｎ锄ａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ａｌｌｄ
关键词：ＩＲＢｌ４０型机器人、逆运动学、ＢＰ算法、ＲＢＦ神经网络、仿真
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ０ｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｏｏｌ，ｍａＩｌｉｐｕｌａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ
ｎ啪ｅｒｏｕｓ ｆｉｅｌｄＳ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｏｎｅ ｃａｎ ｐｅｒｆ．０ｎ１１ ｎｏｔ ｏｎｌｙ
就是要建立机器人机构末端执行器位姿的运动方程和求 此方程的正、逆解。其中 位置逆解问题不仅是机器人机构设计的关键所在，而且 是对机器人进行运动规划 和轨迹控制的基础，只有通过运动学逆解把空问位姿转 换为关节变量，才能实现 对机器人末端执行器的控制。因此，机器人位置逆解在 机器人学中占有重要地位 ，它直接关系到机器人运动分析、离线编程、轨迹规划 和实时控制等工作。
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ｐｌ猢ｉｎｇ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｒ句ｅｃｔｏｒｙ
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ｉｎｖｅｒＳｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｒｏｂｌｅｍ（ＩＫＰ ｉｎ ｓｈｏＩｒｔ）ａＩｌｄ ｉｎｖｅｒｓｅ ｄｙｎ锄ｉｃｓ ｐｒｏｂｌｅｍ（ＩＤＰ）．Ｔｈｅ
ＩＫＰ ｉｓ ｔｈｅ ｖｉｔａｌ ｐａＩｒｔ ｏｆ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｒｏｂｏｔｉｃ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ，、Ｖｈｉｃｈ ｉｓ
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这就是世界上最早的工业机器人。 ！刍薹薹篓删雾。蘑交藕瞽要ｉ奏羹羹∥奏＝囊蠢薹’羹畜喜挚！。～羹薹薹薹董
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早在２０世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现的机械手。１９１３年 美国福特汽车工业公司按装了第一条汽车零件加工自动线、自动机的上下料与工 件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工作。可见专用机械手就是 作为自动机、自动线的附属装置出现的。
到了４０年代，随着原子能工业的产生，出现了另～类半自动化抓取搬运装 置一操作机。在原子能工业中用它来进行放射性材料的加工、处理和实验；在兵 工生产中用它来进行易燃、易爆等火工品的加工、装配操作。这类装置的特点是 不附属于某一工作主机，并且靠人来操纵。因此有人将这类操作装置称为主仆式 操作机、遥控操作机、操纵型机器人等。
ｓｏｍｅｔｉｍｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒＳｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｒｅａｌ．Ｔｈｅ ｅｆ佗ｃｔ ｔｏ
ｐａｕｒ锄ｅｔｅｒ ｅａｃｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
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１．２机器人逆运动学问题的发展现状
１．２．１运动学逆问题的传统解法
机器 人运动学正问题的求解实际上是建立运动学方程的过程，其解具有确定 性、 唯一性。而机器人运动学逆问题的求解实际上则是求解运动学方程的过程。 运动 学逆问题的理论和方法是以运动学正问题的理论和方法为基础的，但它又有 自己 的特点。考虑矩阵的奇异性，机器人运动学方程的反解具有不确定性，即可 能无 解，也可能有唯一或有多个解。由于运动学方程是一组非线性方程式，目前 在国 内外还没有一种公认的、规范的、普遍适用于各种结构类型的机器人的求解 算法 。运动方程的求解方法很多，主要有：解析法、几何法、几何一解析法和数 值方 法。