馬華棟，徐志農，楊辰龍，涂春磊
浙江大學機械工程學系，浙江杭州

摘　　　要：針對一類冗余自由度超聲檢測機器人的傳統逆運動學求解算法耗時長且準確度低的問題，提出了一種基于集合劃分和解析解法相結合的逆運動學求解算法。首先采用Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ方法建立檢測機器人的運動學方程；其次，利用解析解法求出機器人逆解的解析表達式，并提出三種自由度分配方案；較后，選擇合適的自由度分配方案，據此對超聲波探頭位姿集合作劃分，結合逆解解析式求出運動學逆解。實際應用中，借助十一軸超聲波檢測機器人，利用該算法對具有復雜外形的飛機螺旋槳葉片進行檢測。結果表明，與傳統的純數值解法相比，該算法能夠快速得到精確的運動學逆解。

關　鍵　詞：超聲檢測；機器人；冗余自由度；逆運動學；集合劃分

１　引　言
超聲波無損檢測，特別是超聲Ｃ掃描，由于其顯示直觀、檢測效率高，已被廣泛用于航空件等大型構件的質量檢測［１］。本文借助十一軸超聲檢測機器人，利用噴水式穿透法對大型螺旋槳葉片進行檢測。檢測機器人由單自由度的導軌平臺和置于導軌上的２個五自由度的檢測操作臂組成，在導軌方向上存在冗余自由度。針對冗余機器人的逆運動學分析，傳統的逆運動學求解算法如迭代法、梯度投影法、幾何法等，涉及雅克比矩陣偽逆的計算或需要反復作圖，計算量大、耗時長，且不能保證給出全部逆解［２］。近年來提出的逆運動學求解算法［３�玻叮荩�結構復雜且計算量大，涉及的優化參數多等。對大型曲面構件的超聲檢測，曲面上的被檢測點數可達上萬個，甚至更多，同時對逆解的準確性要求較高。因此，使用上述求解算法來計算檢測機器人的運動學逆解是不合理的。在當前對冗余移動操作臂的研究基礎上［７�玻保埃荩�本文提出一種基于集合劃分的逆運動學求解算法。該算法結構簡單，求解速度快，且具有很高的計算精度。

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