[發明專利]一種非球腕6R工業機器人逆運動學求解方法

在審

• 申請號: 202210176349.5
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114454171A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 張鐵石;孫楠楠;李公法
• 申請（專利權）人: 華夏星光工業設計江蘇有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06F17/12;G06F17/16
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種非球腕6R工業機器人逆運動學求解方法，所述的算法包括：S1、采用斷開?重連方法，推導出具有連續性且只包含θ₆的非線性方程，以及其它關節變量的逆解公式；機器人末端相對于基坐標系的正向運動學公式可由各連桿齊次變換矩陣相乘得到：^baseT＝T₁(θ₁)T₂(θ₂)T₃(θ₃)T₄(θ₄)T₅(θ₅)T₆(θ₆)；建立正運動學方程后，可將上式變形為：S2、最后利用黃金分割法對非線性方程搜索求解，得到θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅的求解公式；S3、仿真驗證本方法的有效性。本發明中的解法具有更明確的幾何意義，推導過程更加便捷，滿足實時、高精度及穩定性的要求。

技術領域

本發明涉及逆解數值算法技術領域，具體涉及一種非球腕6R工業機器人逆運動學的求解算法。

背景技術

工業機器人逆運動學求解作為機器人離線編程、軌跡規劃、控制算法設計等其他課題研究的基礎，一直是機器人學中的一個經典問題，同樣也是研究熱點。逆運動學求解的實質是完成工業機器人工作空間到關節空間的映射，逆運動學方程組具有高維、非線性的特點，求解復雜且不易求出。當機器人的結構滿足PIEPER準則，即最后三個關節為軸線交于一點的球形腕部設計時，可以得到解析解。

腕部偏置型6R機器人與球形腕部6R機器人相比，前者具有更高的負載能力，更遠的水平抵達距離和靈活性，因而在焊接、噴涂和材料處理等工業中得到更廣泛的應用。腕部偏置型的結構雖然提高了機器人運動學等方面的性能，但也導致該類機器人無法得到逆運動學解析解，并使得機器人的逆運動學非線性方程組變得更復雜，耦合度更高。此時可以利用一般6R機器人的位姿反解成果求腕部偏置型6R機器人的逆運動學解，這些方法主要利用關節的半角正切，將運動學方程轉化為1元16次多項式進行求解，但是這些方法的公式推導過程十分繁瑣耗時。

現有運動學解法雖然可以解決這類機器人的逆運動學問題，但是仍然缺乏一種通用方法，既具有幾何直觀意義推導出逆解公式，數值求解過程中又可以滿足實時、高精度控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非球腕6R工業機器人逆運動學求解方法，以解決上述背景技術中所提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種非球腕6R工業機器人逆運動學求解方法，所述的算法包括：

S1、采用斷開-重連方法，推導出具有連續性且只包含θ₆的非線性方程，以及其它關節變量的逆解公式；

機器人末端相對于基坐標系的正向運動學公式可由各連桿齊次變換矩陣相乘得到：

^baseT＝T₁(θ₁)T₂(θ₂)T₃(θ₃)T₄(θ₄)T₅(θ₅)T₆(θ₆)；

建立正運動學方程后，可將上式變形為：

S2、最后利用黃金分割法對非線性方程搜索求解，得到θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅的求解公式；

S3、仿真驗證本方法的有效性。