一种三连杆机械手智能控制方法、芯片和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三连杆机械手智能控制方法、芯片和系统，以三连杆机械手的第一关节、第二关节和第三关节为原点分别建立第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系，根据预设末端坐标计算出第一关节需绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ

Intelligent control method, chip and system of a three link manipulator

【技术实现步骤摘要】
一种三连杆机械手智能控制方法、芯片和系统
本专利技术涉及三连杆机械手智能
，尤其涉及一种三连杆机械手智能控制方法、芯片和系统。
技术介绍
随着自动化技术的不断发展和进步，物流自动化领域对三连杆机械手的应用日渐广泛，要求也不断提高，三连杆工业机械手相关技术的研究也得以深化和展开。三连杆机械手能够准确地完成任务，它的运动过程中的准度、精度和稳定性不可忽视，特别是三连杆机械手末端位置的精确控制。但三连杆机械手是一种复杂的序列关节结构，位置研究情况较为复杂，因此如何实现对三连杆机械手的精确控制是业内亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种三连杆机械手智能控制方法、芯片和系统。本专利技术的一种三连杆机械手智能控制方法的技术方案如下：S1、根据预设末端坐标(Px，Py，Pz)计算出第一关节需绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节需绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3；S2、控制所述第一关节绕所述第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、所述第二关节绕所述第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和所述第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3；其中，三连杆机械手包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一关节为所述第一连杆的首端，所述第二关节为所述第一关节的末端与所述第二连杆的首端的连接处，所述第三关节为所述第二连杆的的末端与所述第三连杆的首端的连接处；以所述第一关节的位置作为原点建立所述第一坐标系，且以所述第一关节作为所述三连杆机械手的基座；以所述第二关节的位置作为原点建立所述第二坐标系；以所述第三关节的位置作为原点建立所述第三坐标系；所述预设末端坐标(Px，Py，Pz)为所述第三连杆的末端在所述第一坐标系上的坐标。本专利技术的一种三连杆机械手智能控制方法的有益效果如下：以三连杆机械手的第一关节、第二关节和第三关节为原点分别建立第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系，根据预设末端坐标计算出第一关节需绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节需绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3，然后控制所述第一关节绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3，使第三连杆的末端的坐标准确的到达预设末端坐标的位置，且只需控制三个参数：第一旋转角度θ1、第二旋转角度θ2和第三旋转角度θ3就能实现对三连杆机械手的精确控制，由此实现了一种能对三连杆机械手进行精确控制的三连杆机械手智能控制方法。在上述方案的基础上，本专利技术的一种三连杆机械手智能控制方法还可以做如下改进。进一步，还包括：以所述第四关节的位置作为原点建立第四坐标系；将所述第一坐标系、所述第二坐标系、所述第三坐标系和所述第四坐标系中任意相邻的两个坐标系中，前一个坐标系的x轴与下一个坐标系的z轴垂直且相交。采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第一坐标系、所述第二坐标系、所述第三坐标系和第四坐标系之间的关系，便于对第一旋转角度θ1、第二旋转角度θ2和第三旋转角度θ3进行计算。进一步，S1具体包括如下步骤：S10、设置第一公式为：a1＝0，α1＝0，d1＝0，第二公式为：a2＝A1，d2＝0，第三公式为：a3＝A2，α3＝0，d3＝0，第四公式为：a4＝A3，d3＝D3，Θ4＝0；S11、根据所述第一公式至所述第四公式推出第十六公式、第十七公式和第十八公式；根据所述第十六公式：计算出所述第一旋转角度θ1；根据所述第十七公式：计算出所述第二旋转角度θ2；根据所述第十八公式：计算出所述第二旋转角度θ3；其中，i＝1,2,3,4，ai表示第i关节顺xi-1轴从zi-1到zi轴的空间距离；αi表示第i关节绕xi-1轴从zi-1到zi轴的角度；di表示第i关节顺zi轴从xi-1到xi轴的空间距离；Θi表示第i关节绕zi轴从xi-1到xi轴的空间距离；xi轴表示所述第一坐标系至所述第四坐标中的第i坐标系的x轴；zi轴表示所述第一坐标系至所述第四坐标中的第i坐标系的z轴；表示所述第二坐标系的x轴与所述第一坐标系的x轴之间的角度；表示所述第三坐标系的x轴与所述第二坐标系的x轴之间的角度。进一步，S11具体包括如下步骤：S110、将αi用矩阵进行表示，得到第五公式：将ai用矩阵进行表示，得到第六公式：将Θi用矩阵进行表示，得到第七公式：将di用矩阵进行表示，得到第八公式：将所述第五公式、所述第六公式、所述第七公式和所述第八公式相乘，得到第九公式：S111、将所述第一公式、所述第二公式、所述第三公式和所述第四公式带入所述第九公式，然后矩阵相乘得到第十公式：其中，S112、对所述第三连杆的末端用矩阵进行表示，得到第十一公式：且A＝T1，标记为第十二公式；S113、在所述第十二公式的两边均乘以0T1的逆矩阵得到第十三公式：oT1-1A＝oT1-1T1，其中，S114、根据第十四公式：计算出其中，Px1＝-PxsinΘ1-PycosΘ1；Py1＝-PxcosΘ1-PysinΘ1；Pz1＝Pz；根据第十五公式：计算出oT1-1T1；S115、根据所述第十四公式和所述第十五公式推出所述第十六公式、所述第十七公式和所述第十八公式。本专利技术的一种芯片的技术方案是：用于执行上述任一项所述的一种三连杆机械手智能控制方法。本专利技术的一种芯片的有益效果是：芯片以三连杆机械手的第一关节、第二关节和第三关节为原点分别建立第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系，根据预设末端坐标计算出第一关节需绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节需绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第一坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3，然后芯片控制所述第一关节绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3，使第三连杆的末端的坐标准确的到达预设末端坐标的位置，且只需控制三个参数：第一旋转角度θ1、第二旋转角度θ2和第三旋转角度θ3就能实现对三连杆机械手的精确控制。本专利技术的一种三连杆机械手智能控制系统的技术方案如下：采用上述的一种芯片，还包括三个电机，且与所述的三个电机与所述第一关节、所述第二关节和所述第三关节一一对应，所述芯片为PLC控制器，所述PLC控制器通过控制相应的电机进而控制所述第一关节绕所述第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、所述第二关节绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三连杆机械手智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、根据预设末端坐标(P

【技术特征摘要】
1.一种三连杆机械手智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据预设末端坐标(Px，Py，Pz)计算出第一关节需绕第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、第二关节需绕第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3；
S2、控制所述第一关节绕所述第一坐标系的z轴旋转第一旋转角度θ1、所述第二关节绕所述第二坐标系的z轴旋转第二旋转角度θ2和所述第三关节需绕第三坐标系的z轴旋转第三旋转角度θ3；
其中，三连杆机械手包括依次连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，
所述第一关节为所述第一连杆的首端，
所述第二关节为所述第一关节的末端与所述第二连杆的首端的连接处，
所述第三关节为所述第二连杆的的末端与所述第三连杆的首端的连接处；
以所述第一关节的位置作为原点建立所述第一坐标系，且以所述第一关节作为所述三连杆机械手的基座；
以所述第二关节的位置作为原点建立所述第二坐标系；
以所述第三关节的位置作为原点建立所述第三坐标系；
所述预设末端坐标(Px，Py，Pz)为所述第三连杆的末端在所述第一坐标系上的坐标。


2.根据权利要求1所述的一种三连杆机械手智能控制方法，其特征在于，还包括：以所述第四关节的位置作为原点建立第四坐标系；
将所述第一坐标系、所述第二坐标系、所述第三坐标系和所述第四坐标系中任意相邻的两个坐标系中，前一个坐标系的x轴与下一个坐标系的z轴垂直且相交。


3.根据权利要求2所述的一种三连杆机械手智能控制方法，其特征在于，S1具体包括如下步骤：
S10、设置第一公式为：a1＝0，α1＝0，d1＝0，
第二公式为：a2＝A1，d2＝0，
第三公式为：a3＝A2，α3＝0，d3＝0，
第四公式为：a4＝A3，d3＝D3，Θ4＝0；
S11、根据所述第一公式至所述第四公式推出第十六公式、第十七公式和第十八公式；
根据所述第十六公式：计算出所述第一旋转角度θ1；
根据所述第十七公式：



计算出所述第二旋转角度θ2；
根据所述第十八公式：计算出所述第二旋转角度θ3；
其中，



i＝1,2,3,4，ai表示第i关节顺xi-1轴从zi-1到zi轴的空间距离；
αi表示第i关节绕xi-1轴从zi-1到zi轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昊裔，李公法，张号军，李蔚，田泉，江都，刘一博，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42