机械手的避障控制

机械手的学冗余自由度，是一种超越基本需求的设计概念。当机械手拥有比其末端执行操作所需的更多自由度时，我们称之为运动学冗余自由度。这种设计赋予了机械手独特的优势，相较于非冗余自由度的机械手，它表现出了更为卓越的性能。

想象一下，当面临一个充满障碍物的复杂环境时，非冗余自由度的机械手可能会手足无措，难以完成任务。而对于拥有运动学冗余自由度的机械手来说，它却能游刃有余地应对各种挑战。这是因为冗余的自由度为其提供了更多的灵活性和机动性，使得机械手能够在面对奇异点和工作空间限制时，展现出更高的适应性和解决问题的能力。

这种优势在实际应用中得到了广泛验证。冗余自由度的机械手能够在运行过程中优化多种性能指标，如关节角度、关节角速度、角加速度、关节力矩和能量消耗等。特别是在躲避障碍物这一关键应用中，冗余自由度机械手的重要性尤为突出。

为了实现障碍物的有效避让，机械手的控制策略至关重要。目前，主要有两种避障控制方法。一种方法是在高层进行路径规划，通过预先设定的路径规划来避免与障碍物的接触。这种方法确保了全局优化的可能性，但在在线控制方面却存在局限性。另一种方法则更加灵活，它通过机械手的控制器实时进行避障操作。许多学者在这一领域不断，提出了多种基于伪逆矩阵法的算法。

这些避障控制策略赋予了机械手强大的能力，使其在工作过程中能够巧妙地避开障碍物，充分展现出冗余自由度机械手的卓越性能。无论是复杂的工业生产线，还是狭窄的空间环境，这些机械手都能应对自如，为我们解决一系列复杂的任务和挑战。