[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

本發明公開一種機械臂運動規劃方法，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。本發明的方法能大大節約計算量，并且計算結果準確，能夠有效提高機械臂的執行精度。

技術領域

本發明屬于機械人控制技術領域，具體為一種機械臂運動規劃方法。

背景技術

冗余度機械臂是一種自由度大于任務空間所需最少自由度的末端能動機械裝置，其運動任務包括焊接、油漆、組裝、挖掘和繪圖等，廣泛應用于裝備制造、產品加工、機器作業等國民經濟生產活動中。冗余度機械臂的逆運動學問題是指已知機械臂末端位姿，確定機械臂的關節角問題。當冗余度機械臂末端的初始位置與期望軌跡的初始位置存在偏差時，該偏差在指定的軌跡跟蹤任務執行過程中一直存在，導致機械臂執行精度下降；而容錯型冗余度解析方案，就是對出現偏差的機械臂末端位置進行容錯處理，使得機械臂在執行指定軌跡跟蹤任務的同時能夠快速減小初始偏差對機械臂執行精度的影響。

以往當冗余度機械臂末端的初始位置存在偏差時，需要將原系統轉化為低階控制系統，再對控制系統重新設計來消除偏差，過程較為繁瑣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計算量小、用于機械臂末端位置控制的容錯型冗余度機械臂運動規劃方法，本方法能大大節約計算量，并且計算結果準確，能夠有效提高機械臂的執行精度。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種機械臂運動規劃方法，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。

優選地機械臂運動規劃方法，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。

優選地，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。

優選地，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。