一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法技术

本发明专利技术提供了一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法。该轨迹包含三种不同过程的轨迹，第一阶段为基座配合机械臂向前按照预定轨迹避开障碍到达指定位置；第二阶段为基座固定，机械臂在指定位置完成上下移动完成相应的工作；第三阶段为机械臂完成相应工作后，基座配合机械臂收回到最初位置。在各个阶段中，在给定机械臂末端位置和姿态的情况下，推导出该机械臂各个关节位置的几何表达式，再通过一系列化简求解的方法，求得该多关节机械臂按给定的轨迹运动的运动学逆解。本发明专利技术能够在给定机械臂各关节参数和所需运动轨迹的情况下迅速的求出运动学逆解，进而对机械臂的运动进行控制。

Inverse kinematics method for planar snake trajectory motion of multi joint manipulator

The invention provides an inverse kinematics solution method for the planar serpentine motion of a multi joint robot arm. The track contains three different processes, the first stage is the base with the mechanical arm forward predetermined trajectory to avoid obstacles to reach the designated position; the second stage is the base fixed, mechanical arm at the specified location to complete mobile work; the third stage is the mechanical arm to complete the corresponding work, with the mechanical arm back to first base position. In each stage, at a given end effector position and posture of the case, the geometric expressions are derived for the mechanical arm of each joint position, and then through a series of methods to simplify and solve, obtain the multi joint manipulator according to the kinematics inverse solution of the given trajectory. The invention can rapidly calculate the inverse kinematics solution of each robot joint parameter and the required trajectory, and then control the motion of the manipulator.

【技术实现步骤摘要】
一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法
本专利技术提供的是一种多关节机械臂的类似蛇形运动轨迹运动过程的逆运动学求解方法。
技术介绍
现在的机械臂一般多为刚性结构，具有5-7个自由度，手臂本体的灵活度较差，无法满足空间狭小、复杂等环境下的作业要求。而本专利技术所适用的多关节机械手，其自由度多、姿态灵活多变，能够满足上述工况作业要求。本专利技术适用的情况主要是在一些较为复杂、障碍物较多的环境中，需要使机械臂在基座的配合下按照给定轨迹绕过障碍物运动到指定位置，再在指定空间的中完成所需要的工作(如对管道的切割)，最后工作完成后再使机械臂在基座的配合下避开障碍物收回到初始位置，因这种运动方式有点像蛇的运动方式，所以将其运动轨迹称为蛇形轨迹。而对这种蛇形轨迹的运动还没有专门的逆运动学求解方式，本专利技术就针对这种运动情况提出了一种求逆运动学解的方式。现在，已有多种对逆运动学求解的方法。Dubey提出利用拉格朗日乘子求逆解的方法，主要思路是尽力把关节速度控制在容许范围内。K.J.Wardron在运动学优化的基础上提出了一种基于优化几何结构的逆解。印度学者P.Kalra提出了基于遗传算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法，其特征在于该方法具体是：输入机械臂的关节参数：测量关节数量n，机械臂的长度、每个关节的最大转角和各关节间间距；确定机械臂运动的目标轨迹和目标位置：确定基座前进过程中机械臂的运动轨迹，基座固定过程中机械臂末端的目标位置和姿态；基座前进过程：机械臂各关节末端沿着所给定的轨迹y＝f(x)运动时，使第i关节跟随第i+1关节运动；当基座向前运动距离x

【技术特征摘要】
1.一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法，其特征在于该方法具体是：输入机械臂的关节参数：测量关节数量n，机械臂的长度、每个关节的最大转角和各关节间间距；确定机械臂运动的目标轨迹和目标位置：确定基座前进过程中机械臂的运动轨迹，基座固定过程中机械臂末端的目标位置和姿态；基座前进过程：机械臂各关节末端沿着所给定的轨迹y＝f(x)运动时，使第i关节跟随第i+1关节运动；当基座向前运动距离xs满足条件0<xs<l时，只有第n节关节会有绕Z轴的旋转，其他关节仍然沿着X轴做平移运动；在这个过程中，θ1＝θ2＝…＝θn-1＝0；求解t时刻的θn的值；第n关节末端位置根据前面各关节的转角θi和各关节长度l求出，i＝1,2,…,n-1：将其代入轨迹方程yn(θn)-f(xn(θn))＝0中，利用数值方法二分法求解出θn的值；当基座向前运动距离xs满足条件(k-1)×l<xs<k×l时，k＝2,3,…,n，对θn-k+1,…,θn-1，有：θj(t)＝θj+1(t-td)其中，td由式求得，v(t)表示基座的运动速度；再同样通过利用数值方法二分法求解方程yn(θn)-f(xn(θn))＝0来求出θn的值，从而完成了整个基座前进过程的逆运动学求解；基座固定过程：当基座前进至指定工作空间后，基座固定，机械臂开...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正，李剑鹏，宋伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33