赵聪慧,赵长海,朱明超

(1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049 )

0 前 言

目前，机械臂被广泛应用于工业自动化生产线，数控加工等领域。由于传统机械臂构型不可改变，在面对多变化、小批量的生产需求时，存在设计周期长、生产成本高的问题。为此，模块化机械臂以其构型可重构、模块可替换等特点，已经成为替代传统机械臂的首选方案[1-3]。目前，模块化机械臂被广泛应用在工业生产、林业建筑、农业采摘、航天作业等各个领域[4-5]。

CHEN、YANG[6]在1996年提出了一种新型的模块化可重构机器人系统，其特点是将模块数量作为设计变量，用尽量少的模块满足任务要求。该系统基于搭积木原理，所有的模块被设计为立方体的形式，可以在立方体不同的方向上进行连接。这种类型的机械臂模块具有很好的通用性，但在面向具体任务进行机械臂构型设计时专用性不强，且构型设计过程中构型的表示方式较为复杂。

近年来，模块化机械臂的研究方向多集中在模块设计、构型设计、运动学和动力学模型、控制系统等几个方面[7]。模块化机械臂的设计都是面向给定任务的，设计的参数是机械臂的完整构型[8]，可以用连杆装配矩阵、有根树状拓扑结构图[9-10]、Denavit-Hartenberg参数(DH矩阵)[11]等方式表示。在对模块化机械臂构型进行优化设计时，常用遗传算法、模拟退火法、粒子群算法和枚举法等优化方法对构型进行寻优和选取。……