A Numerically Stable Algorithm for Analytic Inverse Kinematics of 7-Degrees-of-Freedom Spherical-Rotational-Spherical Manipulators With Joint Limit Avoidance

运动学 数学 反向动力学 极限(数学) 机械臂 接头(建筑物) 控制理论(社会学) 切线 配置空间 数学分析 几何学 计算机科学 物理 经典力学 人工智能 工程类 量子力学 建筑工程 控制(管理)
作者
Junchen Wang,Chunheng Lu,Yinghao Zhang,Zhen Sun,Yu Shen
出处
期刊:Journal of Mechanisms and Robotics [ASM International]
卷期号:14 (5) 被引量:3
标识
DOI:10.1115/1.4053375
摘要

Abstract This article presents a numerically stable algorithm for analytic inverse kinematics of 7-DoF S-R-S manipulators with joint limit avoidance. The arm angle is used to represent the self-motion manifold within a global arm configuration. The joint limits are analytically mapped to the arm angle space for joint limit avoidance. To profile the relation between the joint angle and arm angle, it is critical to characterize the singular arm angle for each joint. In the-state-of-the art methods, the existence of the singular arm angle is triggered by comparing a discriminant with zero given a threshold. This leads to numerical issues since the threshold is inconsistent among different target poses, leading to incorrect range of the arm angle. These issues are overcome by associating indeterminate joint angles of tangent joints with angles of 0 or ±π of cosine joints, rather than using an independent threshold for each joint. The closed-form algorithm in c++ code to perform numerically stable inverse kinematics of 7-DoF S-R-S manipulators with global arm configuration control and joint limit avoidance is also given.
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