[發(fā)明專利]一種6R工業(yè)機器人逆運動學求解方法

有效

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• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111496783B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 王太勇;李書偉;張曉超;徐明達
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

本發(fā)明一種6R工業(yè)機器人逆運動學求解方法，該方法為：建立6R機器人幾何簡化模型及D?H表；根據(jù)幾何簡化模型，建立第一關節(jié)的關節(jié)角與末端連桿坐標系原點的空間坐標間的函數(shù)關系式；在已確定第一關節(jié)的關節(jié)角條件下，將第二連桿及第三連桿的空間位置關系簡化為三角形，建立第二、三關節(jié)的關節(jié)角的函數(shù)關系式；在已確定第一至第三關節(jié)的關節(jié)角條件下，將第四、第五、第六連桿坐標系的z軸方向向量，以第五關節(jié)的關節(jié)軸為中心軸建立空間幾何模型，由空間幾何模型，先建立第五關節(jié)的關節(jié)角函數(shù)關系式；再建立第四、第六關節(jié)的關節(jié)角的函數(shù)關系式。本發(fā)明提高了機器人逆解方法的效率及姿態(tài)精度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人逆運動學領域，特別涉及一種6R工業(yè)機器人逆運動學求解方法。

背景技術

目前，工業(yè)機器人運動學是機器人學重要研究方向之一，它對機器人控制、機器人動力學和軌跡規(guī)劃有很大影響，是研究機器人動力學、軌跡規(guī)劃基礎。它從幾何或機構(gòu)角度描述和研究了機器。人運動特性，而不考慮引起這些運動的力或力矩的作用，分為正運動學與逆運動學。正運動學是對給定的機器人，已知連桿幾何參數(shù)和關節(jié)變量，求機器人末端執(zhí)行器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)。逆運動學是已知連桿幾何參數(shù)和機器人末端執(zhí)行器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)，來求解能達到預期位姿的機器人關節(jié)變量。

目前常用的機器人運動學方法主要是解析法和數(shù)值法，解析法比如矩陣法，它需要在每個關節(jié)上建立相應的坐標系，采用坐標變換的方式建立正運動學模型，在逆運動學求解上，通常采用反變換矩陣方法，其求解過程復雜，結(jié)果相對比較繁瑣，效率比較低。數(shù)值解法直接求解約束方程組，可以通過迭代運算求得任何機構(gòu)的實數(shù)解，但通常不能得到全部解，一般而言，初值的選取及搜索算法對收斂性和精度影響較大。幾何逆解法已經(jīng)有部分學者研究，針對某種結(jié)構(gòu)，有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種高效的6R工業(yè)機器人逆運動學求解方法。

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種6R工業(yè)機器人逆運動學求解方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：建立6R機器人的坐標系、幾何簡化模型及D-H表；

步驟二：根據(jù)幾何簡化模型，建立第一關節(jié)的關節(jié)角與末端連桿坐標系原點的空間坐標間的函數(shù)關系式；

步驟三：在已確定第一關節(jié)的關節(jié)角條件下，將第二連桿及第三連桿的空間位置關系簡化為三角形，建立第二、三關節(jié)的關節(jié)角的函數(shù)關系式；

步驟四：在已確定第一至第三關節(jié)的關節(jié)角條件下，將第四連桿坐標系、第五連桿坐標系及第六連桿坐標系的z軸方向向量，以第五關節(jié)旋轉(zhuǎn)軸為中心軸建立空間幾何模型，由空間幾何模型，先建立第五關節(jié)的關節(jié)角函數(shù)關系式；再建立第四、第六關節(jié)的關節(jié)角的函數(shù)關系式。

進一步地，步驟一中，由PIEPER準則將第四至第六關節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的空間交點作為第四至第六關節(jié)坐標系共同的坐標原點，建立6R機器人的幾何簡化模型。

進一步地，步驟二中，建立第一關節(jié)的關節(jié)角與末端連桿的空間坐標之間的函數(shù)關系式的方法包括如下分步驟：

步驟1-1，設置中間變量θ_{1_pre}、θ_{1_var}為如下所示：

式中，d₃為第三連桿偏距；p_x、p_y,、p_z對應為末端連桿的坐標系原點的空間坐標；

步驟1-2，設θ₁為第一關節(jié)的關節(jié)角；則由中間變量θ_{1_pre}、θ_{1_var}，得到第一關節(jié)的關節(jié)角的可能解如下：