一种机器人雅可比矩阵计算方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种机器人雅可比矩阵计算方法、装置及存储介质，该方法包括如下步骤：获取机器人的末端执行器的位姿和所述机器人的各关节角度值；根据所述运动学方程确定所述末端执行器的速度，并根据所述末端执行器的速度确定角速度分块子矩阵，根据所述运动学方程确定所述末端执行器的位置，并根据所述末端执行器的位置确定线速度分块子矩阵；根据所述角速度分块子矩阵和所述线速度分块子矩阵确定机器人雅可比矩阵。本发明专利技术的技术方案不需要建立多个局部坐标系，大幅降低了计算机器人雅可比矩阵的复杂度，减少了计算时间，提高了计算效率，简单高效。

A Robot Jacobian Matrix Computation Method, Device and Storage Media

The invention relates to a Jacobian matrix calculation method, a device and a storage medium for a robot. The method comprises the following steps: obtaining the position and pose of the end effector of the robot and the angle values of the joints of the robot; determining the speed of the end effector according to the kinematics equation; and determining the sub-matrix of the angular velocity according to the speed of the end effector. The kinematics equation determines the position of the end effector, and the linear velocity block sub-matrix is determined according to the position of the end effector, and the Jacobian matrix of the robot is determined according to the angular velocity block sub-matrix and the linear velocity block sub-matrix. The technical scheme of the invention does not need to establish multiple local coordinate systems, greatly reduces the complexity of the Jacobian matrix of the computer robot, reduces the calculation time, improves the calculation efficiency, and is simple and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种机器人雅可比矩阵计算方法、装置及存储介质
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种机器人雅可比矩阵计算方法、装置及存储介质。
技术介绍
机器人雅可比矩阵是用于描述机器人末端执行器在笛卡尔空间的速度与关节在关节空间的角速度之间映射关系的矩阵，也表示机器人的速度和力从关节空间到笛卡尔空间的传动比，雅可比矩阵的准确性对机器人的奇异性分析、动态特性分析和运动轨迹规划等具有重要的意义。目前，常用的机器人雅可比矩阵的计算方法有：微分变换法、速度递推法、齐次变换矩阵构造法和李代数指数积法。其中，微分变换法主要用于计算简单机械臂的雅可比矩阵，通过建立运动学方程，然后直接求微分得到雅可比矩阵，但不适用于计算复杂多自由机械臂的雅可比矩阵。速度分递推法是根据相邻连杆之间的速度和角速度关系，采用递推关系计算得到雅可比矩阵，但是推导过程中依赖于机械臂的局部坐标系建立D-H(Denavit-Hartenberg)参数，计算过程复杂。齐次变换矩阵构造法也依赖于机械臂局部坐标系建立D-H参数，计算量大，且计算准确度不高。李代数指数积法是根据空间刚体速度的李代数表达形式推导出雅可比矩阵，但其线速度对应的雅可比矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人雅可比矩阵计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取机器人的末端执行器的位姿和所述机器人的各关节角度值；基于李代数，根据所述位姿和各所述关节角度值建立运动学方程；根据所述运动学方程确定所述末端执行器的速度，并根据所述末端执行器的速度确定角速度分块子矩阵，根据所述运动学方程确定所述末端执行器的位置，并根据所述末端执行器的位置确定线速度分块子矩阵；根据所述角速度分块子矩阵和所述线速度分块子矩阵确定机器人雅可比矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种机器人雅可比矩阵计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取机器人的末端执行器的位姿和所述机器人的各关节角度值；基于李代数，根据所述位姿和各所述关节角度值建立运动学方程；根据所述运动学方程确定所述末端执行器的速度，并根据所述末端执行器的速度确定角速度分块子矩阵，根据所述运动学方程确定所述末端执行器的位置，并根据所述末端执行器的位置确定线速度分块子矩阵；根据所述角速度分块子矩阵和所述线速度分块子矩阵确定机器人雅可比矩阵。2.根据权利要求1所述的机器人雅可比矩阵计算方法，其特征在于，所述获取机器人的末端执行器的位姿和所述机器人的各关节角度值具体包括如下步骤：对于所述机器人的运动轨迹上任意一个标定点，当所述末端执行器运动到所述标定点时，获取所述末端执行器在笛卡尔空间的姿态Re、位置pe和所述机器人的各所述关节角度值；根据所述姿态Re和所述位置pe确定所述末端执行器的位姿，所述位姿表示为gst(θ)，由第一公式确定，所述第一公式为：3.根据权利要求2所述的机器人雅可比矩阵计算方法，其特征在于，所述根据所述位姿和各所述关节角度值建立运动学方程具体包括如下步骤：根据各所述关节角度值确定所述机器人的各关节处的运动旋量；基于李代数，根据所述位姿gst(θ)、各所述关节角度值和各所述运动旋量建立所述运动学方程，所述运动学方程由第二公式表示，所述第二公式为：其中，用于表示所述机器人各关节处的运动旋量，θi(i＝1,2,...,n)表示各所述关节角度值，n表示所述机器人的关节数量，gst(0)表示所述末端执行器的初始零位位姿。4.根据权利要求3所述的机器人雅可比矩阵计算方法，其特征在于，所述根据所述运动学方程确定所述末端执行器的速度，并根据所述末端执行器的速度确定角速度分块子矩阵具体包括如下步骤：根据所述运动学方程确定所述末端执行器的速度，所述速度为李代数表示形式，由第三公式确定，所述第三公式为：根据李代数伴随变换性质，确定所述速度对应的旋量坐标，所述旋量坐标由第四公式表示，所述第四公式为：其中，Ad()表示李代数的伴随变换矩阵，为6×1向量，表示将运动旋量映射为运动旋量坐标；令Jω为6×n矩阵，确定第四公式的矩阵形式，所述矩阵形式由第五公式表示，所述第五公式为：其中，Jω1为3×n矩阵，Jω2为3×n矩阵；基于旋量理论，根据所述第一公式确定由第六公式表示，所述第六公式为：根据刚体运动学中角速度描述方法确定所述末端执行器在笛卡尔空间相对于基坐标系的角速度ωe，所述角速度ωe由第七公式表示，所述第七公式为：其中，Jω1为所述角速度分块子矩阵。5.根据权利要求4所述的机器人雅可比矩阵计算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：付中涛，陈绪兵，陈星辰，张聪，潘嘉滨，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42