[發(fā)明專利]一種機(jī)械手臂的行為識(shí)別的數(shù)據(jù)生成以及存儲(chǔ)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811294469.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109446670B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭婧;劉尉;陳祖希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 胡建華

本發(fā)明公開了一種機(jī)械手臂的行為識(shí)別的數(shù)據(jù)生成以及存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括初始規(guī)范模塊、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；初始規(guī)范模塊用于對(duì)該數(shù)據(jù)生成以及存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本設(shè)置，獲得機(jī)械手臂的二連桿結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)變量；運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表示模塊從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中提取關(guān)節(jié)變量，模擬機(jī)械手臂的二連桿結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡，生成識(shí)別數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊接收初始規(guī)范模塊發(fā)送的關(guān)節(jié)變量，將關(guān)節(jié)變量存儲(chǔ)到所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，并將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)表示模塊生成的識(shí)別數(shù)據(jù)存入所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中內(nèi)置的存儲(chǔ)器中。本發(fā)明采用符號(hào)標(biāo)識(shí)法對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，并在對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬，輸出一些曲線數(shù)據(jù)，為機(jī)械手臂控制技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)用機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種機(jī)械手臂的行為識(shí)別的數(shù)據(jù)生成以及存儲(chǔ)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手臂更是成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。以機(jī)械手臂為研究對(duì)象，對(duì)其行為已經(jīng)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)分析，并對(duì)機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行了氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究兩類問題：一類是給定機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)角度，要求計(jì)算機(jī)械手臂手爪的位置與姿態(tài)問題，稱為正向運(yùn)動(dòng)學(xué)；另一類是已知手爪的位置與姿態(tài)求機(jī)械手臂對(duì)應(yīng)于這個(gè)位置與姿態(tài)的全部關(guān)節(jié)角，稱為逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)。

基于Denavt-Hartenberg(D-H)方法建模：

為描述相鄰桿件間的轉(zhuǎn)動(dòng)和平移關(guān)系，Denavt和Hartenberg(1955)提出了一種為機(jī)械手臂關(guān)節(jié)鏈中的每一個(gè)桿件建立附體坐標(biāo)系的矩陣方法。機(jī)械手臂剛性桿件的D-H方法由桿件的幾何和運(yùn)動(dòng)參數(shù)ai，αi，di，θi決定。它為每個(gè)關(guān)節(jié)處的桿件坐標(biāo)系建立起4×4齊次坐標(biāo)變換矩陣，它表示與前一桿件坐標(biāo)系的位姿關(guān)系。這樣通過逐次變換，把用“手部坐標(biāo)”表示的末端執(zhí)行器可被變換成用機(jī)座坐標(biāo)表示的形式。任何桿件i都能用兩個(gè)參數(shù)表征：桿件i的長度ai，是桿件上兩端關(guān)節(jié)軸線之間的最短距離(公垂線長度)；桿件i的扭轉(zhuǎn)角αi是兩端關(guān)節(jié)軸線之間的夾角(沿公垂線方向看下去)。

通常，在每個(gè)桿件關(guān)節(jié)軸線上都有兩根桿件相連，每個(gè)桿件都有一根和軸線相垂直的法線。兩個(gè)桿件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系有兩桿件的關(guān)節(jié)平移量di(兩個(gè)桿件的長度在關(guān)節(jié)軸線上的距離)和關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)量θi(兩個(gè)桿件的長度在關(guān)節(jié)軸線上的夾角)確定。n關(guān)節(jié)機(jī)械手臂需建立n+1個(gè)坐標(biāo)系。確定和建立每個(gè)坐標(biāo)系應(yīng)根據(jù)下面3條規(guī)則：

(1)Zi軸沿著第i關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸；

(2)Xi軸垂直于Zi-1軸和Zi軸并指向離開Zi-1軸的方向；

(3)Yi軸按右手坐標(biāo)系的要求建立。

根據(jù)上述對(duì)桿件參數(shù)及坐標(biāo)系的定義，描述串聯(lián)機(jī)械手臂相鄰坐標(biāo)系之間的關(guān)節(jié)關(guān)系可歸結(jié)為如下4個(gè)參數(shù)：

θi：繞Zn-1軸(右手定則)由X i-1軸向X i軸的關(guān)節(jié)角；

di：從第i-1坐標(biāo)系的原點(diǎn)到Zi-1軸和X i軸的交點(diǎn)沿Zi-1軸的距離；

ai：從Zn-1和X i的交點(diǎn)到第i坐標(biāo)系原點(diǎn)沿X i軸的偏置距離(或者說，是Zn-1和Zi兩軸間的最小距離)；

αi：繞X i軸(右手定則)由Zn-1軸轉(zhuǎn)向Zi軸的偏角。

正運(yùn)動(dòng)學(xué)就是當(dāng)機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)的變量給定時(shí)，求解這些變量在以機(jī)械手臂的末端位置和方向?yàn)榛A(chǔ)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，如何進(jìn)行表示的問題。作為正運(yùn)動(dòng)學(xué)的解析法，有向量法和齊次變換法兩種。

運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題求解為，針對(duì)機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的求解稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的逆解。當(dāng)給出機(jī)械手臂手部在機(jī)座坐標(biāo)系中所處的位置和姿態(tài)時(shí)，即給定了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中位姿矩陣的各元素值。如何求出機(jī)械手臂各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量值，是求解機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆問題，也稱為間接位置求解。