[發明專利]一種六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解求解方法

有效

• 申請號: 201710969628.6
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107685330B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 周星;陳統書;黃石峰;陳思敏;楊林;鄧旭高;楊海濱;王群
• 申請（專利權）人: 佛山華數機器人有限公司;佛山智能裝備技術研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發明公開了一種六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解求解方法，所述方法是利用六自由度手腕無偏置串聯機器人的運動學逆解的解析解作為六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解近似解和迭代出發點，通過不斷迭代逼近，求得滿足精度的六自由度手腕偏置串聯機器人運動學逆解數值解，收斂速度快，相比傳統求解方法的計算量少，減少了機器人控制器的運算量，提高實時性。

技術領域

本發明涉及一種機器人的運動學逆解求解方法，具體來說是一種六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解求解方法。

背景技術

機器人的逆運動學是其軌跡規劃和控制等方面的前提和基礎。一般情況下，六自由度串聯機器人要獲得解析解，通常要采用無偏置手腕，但它無法實現中間關節360度旋轉、結構強度偏低。因此在實際生產過程中通常采用六自由度手腕偏置機器人替代，但限于目前的數學工具，上述運動學逆解通常沒有解析解，只有數值解。現有針對六自由度手腕偏置機器人運動學逆解的求解算法，是利用幾何法和代數消元法，以及禁忌搜索法或爬山法優化方法，但上述算法所需的計算量大，對機器人控制器造成較大負擔，實時性較差。

發明內容

為解決上述問題，本發明在于提供一種六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解求解方法，能夠快速求得運動學逆解數值解，能夠減小機器人控制器計算量，提高實時性。

本發明解決其問題所采用的技術方案是：

提供一種用于計算六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解的算法，包括以下步驟：

A.將六自由度手腕偏置串聯機器人末端坐標系的位姿當作六自由度手腕無偏置串聯機器人末端坐標系的位姿，求得六自由度手腕無偏置串聯機器人運動學逆解的解析解θ′₁～θ′₆；

B.將解析解θ₁′～θ₆′作為所述六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學逆解的近似解和迭代法計算的出發點，由六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學正解求解公式，求得末端坐標系的近似位姿；

C.計算得到末端坐標系期望位姿相對于末端坐標系近似位姿的位姿增量為dX，利用dX計算末端位姿綜合誤差為e；

D.判斷綜合誤差e是否在合理誤差范圍內，如果是，則停止迭代，將返回此時的關節變量數值作為六自由度手腕偏置串聯機器人運動學逆解的迭代數值解；如果否，則利用六自由度手腕偏置串聯機器人的雅可比矩陣求得關節變量θ′，其中θ′＝[θ₁′θ₂′θ₃′θ₄′θ₅′θ₆′]，并將新的關節變量θ′代入步驟B的中六自由度手腕偏置串聯機器人的運動學正解求解公式及步驟C，進行迭代計算，直到滿足合理誤差范圍或者達到最大迭代次數，返回此時的關節變量數值作為六自由度手腕偏置串聯機器人運動學逆解的迭代數值解。

進一步，在所述步驟A之前，以六自由度手腕無偏置串聯機器人的第一關節旋轉軸與第二關節旋轉軸交點為原點，第一關節旋轉軸所在直線為坐標系Z軸，第二關節旋轉軸所在直線為坐標系Y軸，建立基座坐標系；從基座往機器人末端方向，根據六個自由度依次建立7個坐標系，分別為坐標系{0}～坐標系{6}，其中坐標系{0}即所述基座坐標系{0}，坐標系{6}即末端坐標系{6}。

進一步，所述步驟A包括如下步驟：