[發明專利]一種機械臂運動規劃方法

在審

• 申請號: 201810436787.4
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108621162A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 李克訥;楊津;徐劍琴;齊楊
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 周晟

1.一種機械臂運動規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

A、在機械臂處于初始狀態時，測算出機械臂末端的實際位置和機械臂末端期望的初始位置，計算出機械臂末端的位置誤差；

B、構建機械臂笛卡爾速度方程，利用雅克比矩陣的偽逆結合機械臂笛卡爾速度方程求解機械臂關節速度。

2.根據權利要求1所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、在機械臂處于初始狀態時，測量實際的關節角度，根據實際的關節角度和機械臂期望的關節角度，進行機械臂的正向運動學分析，計算機械臂末端的笛卡爾位置向量，其中包括到對應的機械臂末端期望的初始位置和機械臂末端實際的初始位置數據；

B、基于機械臂末端執行器期望的初始位置和實際的初始位置數據，計算期望的機械臂末端軌跡；

C、通過關節空間的關節角向量和雅克比矩陣獲得出機械臂的笛卡爾速度方程；

D、通過機械臂末端的笛卡爾位置向量和期望的機械臂末端軌跡，計算出實際和期望的機械臂末端執行器軌跡之間的向量值誤差，利用該誤差優化步驟C得到的笛卡爾速度方程；

E、通過優化后的笛卡爾速度方程結合步驟C中雅克比矩陣的偽逆獲得機械臂關節速度的計算公式，計算出機械臂關節速度數據；

F、循環執行步驟A-E迭代求解，得到最優的關節速度數據，即為機械臂運動規劃的數據，發送至機械臂控制器控制機械臂執行給定任務。

3.根據權利要求2所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于：

所述的步驟A中，利用了如下的正向運動學方程式進行計算機械臂末端的笛卡爾位置向量：

r(t)＝f(θ(t)) (1)；

其中，r(t)為關節空間的關節角向量，θ(t)對應的機械臂末端的笛卡爾位置向量，f(·)為給定機械手結構和參數的可微非線性函數。

4.根據權利要求2或3所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于：

所述的步驟B中，機械臂末端軌跡方程如下：

其中，t為任務執行時間，T為任務周期時間，X₀為期望的初始位置的X坐標，Y₀為期望的初始位置的Y坐標。

5.根據權利要求2所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于：

所述的步驟C中，機械臂的笛卡爾速度方程為：

其中，表示關節速度向量，表示對應于的關節速度的機械臂末端笛卡爾速度，J(θ)表示機械臂的雅可比矩陣。

6.根據權利要求5所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于：

所述的雅可比矩陣的構建過程為：

對于具有n個自由度的串聯結構的機械臂，笛卡爾空間運動速度矢量與關節坐標矢量之間的關系為：

其中i＝1,2,…6表示機械臂末端執行器分別沿X、Y和Z方向的平移線速度矢量和旋轉角速度矢量的個數，j＝1,2,…n表示機械臂的關節個數；

6×n的雅克比矩陣如下：

7.根據權利要求2所述的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，其特征在于：

所述的步驟D中，實際和期望的機械臂末端執行器軌跡之間的向量值偏誤差計算公式為：

d(t)＝r(t)-r_d(t) (6)；

其中，d(t)為機械臂末端執行器軌跡之間的向量值偏誤差，r(t)為關節空間的關節角向量，r_d(t)為期望的機械臂末端軌跡。