一种四轴SCARA机器人逆解方法技术

本申请公开了一种四轴SCARA机器人逆解方法，包括步骤：确定目标点P的姿态；在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α；根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2；计算第三关节角度θ3和第四关节角度θ4。本发明专利技术实施例使用空间坐标系转平面坐标系的逆解方式，与常规的逆矩阵求逆解算法相比，提高了逆解的计算效率，并且降低了逆矩阵算法的复杂性，降低了四轴SCARA机器人控制器在频繁调用逆解算法计算点位的运算负担，可以满足实时计算的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种四轴SCARA机器人逆解方法
本申请涉及自动控制领域，尤其涉及四轴SCARA机器人逆解方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，工业机器人已经成为《中国制造2025》重点发展的十大领域之一，是工业自动化水平和工业4.0的重要标志，而机器人相关领域技术也逐渐成为各国共同关注的课题。机器人在抓取、焊接等一系列工作时需要对目标物的位置进行定位，再根据用户设定的工具坐标系或者是机械手的基坐标系进行计算，得到各个轴的角度值，从而移动到目标点进行工作。因此，机器人能否迅速地通过逆解精确可靠地计算出轴的位置是机器人控制技术的基础，同样是实现机器人控制的重要因素。目前SCARA机器人大多数使用逆矩阵解法，计算复杂，运算效率低，而且计算求解结果不直观，容易出现多解导致难以检查错误，影响控制程序的运算效率。因此，专利技术人认为很有必要设计出一种简单直接且通用的四轴SCARA机器人逆解工程算法来替代这些复杂的逆解算法。
技术实现思路
本申请提供一种四轴SCARA机器人逆解方法，提高逆解的计算效率，并且降低逆矩阵算法的复杂性，以满足实时计算的需求。根据本申请实施例的提供的四轴SCARA机器人逆解方法包括步骤：确定目标点P的姿态，所述目标点P的姿态包括左偏置和右偏置；在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α；根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2；根据SCARA机器人的滚珠丝杠导程D计算第三关节角度θ3和根据所述第一关节角度θ1和第二关节角度θ2计算第四关节角度θ4。在一些例子中，所述目标点P由人工进行找点或者由机器人视觉寻找特征点提供。在一些例子中，所述目标点P的姿态由第2关节的实际位置进行计算获得或者根据机器人实际运动需要决定。在一些例子中，所述在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α，包括：将目标点定位在机械手抓的中心，建立平面直角坐标系；将目标点P的X轴和Y轴坐标定位至所述平面直角坐标系；根据目标点P的X轴坐标和Y轴坐标计算获得第一臂长L1与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度；根据所述直线LAB长度计算直线LAB与Y轴的夹角α。在一些例子中，所述根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2，包括：利用余弦定理计算获得第一关节角度θ1，计算公式为：当所述目标点P的姿态为左偏置时，上述公式中正负取正值，右偏置时取负值；利用余弦定理计算获得第二关节角度θ2，计算公式为：当所述目标点P的姿态为左偏置时，上述公式中正负取负值，右偏置时取正值。在一些例子中，若所述第一臂长L1处于所述平面直角坐标系的第三象限，而目标点P在所述平面直角坐标系的定位点B位于第四象限，则计算公式变为：在一些例子中，若所述第一臂长L1处于所述平面直角坐标系的第四象限，而目标点P在所述平面直角坐标系的定位点B位于第三象限，则计算公式变为：在一些例子中，所述根据SCARA机器人的滚珠丝杠导程D计算第三关节角度θ3和根据所述第一关节角度θ1和第二关节角度θ2计算第四关节角度θ4，包括：获取SCARA机器人的滚珠丝杠导程D；根据所述滚珠丝杠导程D和目标点P的Z轴坐标值计算获得第三关节角度θ3，公式为：其中，PZ为目标点P的Z轴坐标值；根据目标点P的U轴坐标值、第一关节角度第二关节角度计算获得所述第四关节角度θ4，公式为：θ4＝PU-θ1-θ2，其中，PU为目标点P的U坐标，θ1、θ2为目标点P所对应关节目标角度。本专利技术实施例通过确定目标点P的姿态，然后在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α；之后再，根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2；最后，根据SCARA机器人的滚珠丝杠导程D计算第三关节角度θ3和根据所述第一关节角度θ1和第二关节角度θ2计算第四关节角度θ4。本专利技术实施例使用空间坐标系转平面坐标系的逆解方式，与常规的逆矩阵求逆解算法相比，大大提高了逆解的计算效率，并且降低了逆矩阵算法的复杂性，降低了四轴SCARA机器人控制器在频繁调用逆解算法计算点位的运算负担，可以满足实时计算的需求。附图说明图1是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中四轴SCARA机器人的空间坐标系结构简图；图2是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法的流程图；图3是本申请一种四轴SCARA机器人逆解方法中平面直角坐标系的结构示意图；图4是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中目标点P的姿态的示意图；图5是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中目标点P在平面直角坐标系对应点B在不同象限的示意图；图6是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中目标点P在平面直角坐标系B处于特殊情况之一的示意图；图7是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中目标点P在平面直角坐标系B处于特殊情况之二的示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。图1是本申请的一种四轴SCARA机器人逆解方法中四轴SCARA机器人的空间坐标系结构简图。在空间直角坐标系中，A点为第一关节，C点为第二关节，B点为第三关节。P点是四轴SCARA机器人的目标点，为简化问题，本申请实施例中，将P点定位在四轴SCARA机器人手抓的中心，因此在图1中，P点为第四关节，目标点P的空间坐标可以表示为(X，Y，Z，U)。可以看出，B点和目标点P的X轴和Y轴坐标相同。图1中，L1为第一臂长，L2为第二臂长，LAB为所述第一臂长起点至第二臂长终点的直线。θ1、θ2、θ3、θ4分别为第一关节角度、第二关节角度、第三关节角度、第四关节角度。D为SCARA机器人的滚珠丝杠导程。为了使本申请实施例的四轴SCARA机器人逆解方法，提高逆解的计算效率，并且降低逆矩阵算法的复杂性，以满足实时计算的需求。本申本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轴SCARA机器人逆解方法，其特征在于，所述方法包括步骤：确定目标点P的姿态，所述目标点P的姿态包括左偏置和右偏置；在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α；根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2；根据SCARA机器人的滚珠丝杠导程D计算第三关节角度θ3和根据所述第一关节角度θ1和第二关节角度θ2计算第四关节角度θ4。

【技术特征摘要】
1.一种四轴SCARA机器人逆解方法，其特征在于，所述方法包括步骤：确定目标点P的姿态，所述目标点P的姿态包括左偏置和右偏置；在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α；根据所述第一臂长L1、第二臂长L2和直线LAB长度、夹角α以及目标点P的姿态确定第一关节角度θ1和第二关节角度θ2；根据SCARA机器人的滚珠丝杠导程D计算第三关节角度θ3和根据所述第一关节角度θ1和第二关节角度θ2计算第四关节角度θ4。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标点P由人工进行找点或者由机器人视觉寻找特征点提供。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标点P的姿态由第2关节的实际位置进行计算获得或者根据机器人实际运动需要决定。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在机器人的俯视图方向建立平面坐标系，计算第一臂长L1起点与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度以及直线LAB与Y轴的夹角α，包括：将目标点定位在机械手抓的中心，建立平面直角坐标系；将目标点P的X轴和Y轴坐标定位至所述平面直角坐标系；根据目标点P的X轴坐标和Y轴坐标计算获得第一臂长L1与第二臂长L2终点之间的直线LAB长度；根据所述直线LAB长度计算直线LAB与Y轴的夹角α。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎俊超，吴瀚镔，王柯赛，黄雄，蒋梁中，
申请(专利权)人：广州霞光技研有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44