一种基于速度连续的工业机器人运动学算法制造技术

本发明专利技术涉及一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，包括以下两个部分：(1)对工业机器人轴进行速度和位置的规划；(2)误差控制。本发明专利技术以6自由度工业机器人为例，依据D‑H参数，计算机器人的雅克比矩阵，在笛卡尔空间进行TCP速度Ve的规划，反雅克比运算，再反雅克比矩阵中增加反奇异位的变量α，求出插补时间的关节速度然后对各轴速度进行积分出各轴的位置量q，运算过程严密，保证了运算结果的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业机器人控制方法
，具体的说是一种基于速度连续的工业机器人运动学算法。
技术介绍
随着工业自动化的发展，工业机器人的使用领域越来越大，现场工艺对机器人运动要求越来越严格，工业机器人不仅仅是关节运动，针对工业机器人的结构不同，笛卡尔坐标系下运动存在奇异位置，有些工艺要求必须速度连续地通过奇异位，因此人们需要一种速度连续的工业机器人运动学算法，帮助工业机器人迅速通过笛卡尔坐标系下的奇异位置。
技术实现思路
针对上述技术的缺陷，本专利技术提出一种基于速度连续的工业机器人运动学算法。一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，包括以下两个部分：(1)对工业机器人轴进行速度和位置的规划，具体算法为：①依据工业机器人D-H矩阵参数求出工业机器人的雅克比矩阵J(q)，引入反奇异位变量α，得出反雅克比矩阵J*与反奇异位变量α的关系，见公式(1)：J*＝JT(JJT+α2I)-1 (1)式中：I为单位阵；JT为J的旋转矩阵。②按照公式(2)和公式(3)计算出工业机器人的关节速度 V e = J ( q ) q · - - - ( 2 ) ]]> q · = J - 1 ( q ) V e - - - ( 3 ) ]]>式中：Ve为机器人笛卡尔坐标系下的速度量。③按照公式(4)计算出关节位置q： q ( T k + 1 ) = q ( T k ) + q · ( T k ) Δ t - - - ( 4 ) ]]>式中：Tk+1和Tk为时间周期。(2)误差控制：反奇异位变量α的引入，会同时引入位姿的误差，即控制位姿与实际位姿的差值(ep,eo)，其中：误差(ep,eo)由公式(5)(6)(7)定义，为了减小误差，需要对误差进行抑制；ep＝pd-pe(q) (5)式中：ep为位置误差；pd为命令位置，pe为实际位置。eo＝γsinθ (6)式中：eo为姿态误差，γ为旋转轴，θ为旋转角度。R(θ,γ)＝RdReT(q) (7)式中：R为姿态矩阵，Re为实际姿态矩阵，Rd为命令姿态矩阵。具体抑制方法为：建立一个控制位姿与实际位姿的差值(ep,eo)、增益K、反雅克比矩阵J*之间的闭环控制模型，通过调整参数变量α与增益K的值，满足机器人奇异位的速度连续，同时保证轨迹精度。本专利技术的有益效果是：本专利技术以6自由度工业机器人为例，依据D-H参数，计算机器人的雅克比矩阵，在笛卡尔空间进行TCP速度Ve的规划，反雅克比运算，再反雅克比矩阵中增加反奇异位的变量α，求出插补时间的关节速度然后对各轴速度进行积分出各轴的位置量q，运算过程严密，通过调整增益，可以控制路径的轨迹误差精度在0.005mm以内。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的差值(ep,eo)、增益以及反雅克比矩阵J*之间的闭环控制模型图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本专利技术进一步阐述。如图1所示，一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，包括以下两个部分：(3)对工业机器人轴进行速度和位置的规划，具体算法为：①依据工业机器人D-H矩阵参数求出工业机器人的雅克比矩阵J(q)，引入反奇异位变量α，得出反雅克比矩阵J*与反奇异位变量α的关系，见公式(1)：J*＝JT(JJT+α2I)-1 (1)②结合公式(1)，按照公式(2)和公式(3)计算出工业机器人的关节速度 V e = J ( q ) q · - - - ( 2 ) ]]> q · = J - 1 ( q ) V e - - - ( 3 ) ]]>③结合公式(3)，按照公式(4)计算出关节位置q： q ( T k + 1 ) = q ( T k ) + q · ( T k ) Δ t - - - ( 4 ) ]]>(4)误差控制：令控制位姿与实际位姿的差值为(ep,eo)，其中：误差(ep,eo)由公式(5)(6)(7)定义；ep＝pd-pe(q)(5)eo＝γsinθ (6)R(θ,γ)＝RdReT(q) (7)对误差进行抑制的具体方法为：建立一个控制位姿与实际位姿的差值(ep,eo)、增益K、增益的比例系数K(·)、反雅克比矩阵J*之间的闭环控制模型，如图1，通过调整参数变量α与增益K的值，满足机器人奇异位的速度连续，同时保证轨迹精度。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，其特征在于：包括以下两个部分：(1)对工业机器人轴进行速度和位置的规划，具体算法为：①依据工业机器人D‑H矩阵参数求出工业机器人的雅克比矩阵J(q)，引入反奇异位变量α，得出反雅克比矩阵J*与反奇异位变量α的关系，见公式(1)：J*＝JT(JJT+α2I)‑1   (1)式中：I为单位阵；JT为J的旋转矩阵；②按照公式(2)和公式(3)计算出工业机器人的关节速度Ve=J(q)q·---(2)]]>式中：Ve为机器人笛卡尔坐标系下的速度量。q·=J-1(q)Ve---(3)]]>③按照公式(4)计算出关节位置q：q(Tk+1)=q(Tk)+q·(Tk)Δt---(4)]]>式中：Tk+1和Tk为时间周期。(2)误差控制：反奇异位变量α的引入，会同时引入位姿的误差，即控制位姿与实际位姿的差值(ep,eo)，其中：误差(ep,eo)由公式(5)(6)(7)定义，为了减小误差，需要对误差进行抑制；ep＝pd‑pe(q)   (5)式中：ep为位置误差；pd为命令位置，pe为实际位置。eo＝γsinθ   (6)式中：eo为姿态误差，γ为旋转轴，θ为旋转角度。R(θ,γ)＝RdReT(q)   (7)式中：R为姿态矩阵，Re为实际姿态矩阵，Rd为命令姿态矩阵。具体抑制方法为：建立一个控制位姿与实际位姿的差值(ep,eo)、增益K、反雅克比矩阵J*之间的闭环控制模型，通过调整参数变量α与增益K的值，满足机器人奇异位的速度连续，同时保证轨迹精度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于速度连续的工业机器人运动学算法，其特征在于：包括以下两个部分：(1)对工业机器人轴进行速度和位置的规划，具体算法为：①依据工业机器人D-H矩阵参数求出工业机器人的雅克比矩阵J(q)，引入反奇异位变量α，得出反雅克比矩阵J*与反奇异位变量α的关系，见公式(1)：J*＝JT(JJT+α2I)-1 (1)式中：I为单位阵；JT为J的旋转矩阵；②按照公式(2)和公式(3)计算出工业机器人的关节速度 V e = J ( q ) q · - - - ( 2 ) ]]>式中：Ve为机器人笛卡尔坐标系下的速度量。 q · = J - 1 ( q ) V e - - - ( 3 ) ]]>③按照公式(4)计算出关节位置q： q ( T k ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳贺，许礼进，曾辉，游玮，肖永强，平国祥，万君，贾时成，陈青，
申请(专利权)人：埃夫特智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34