【技术实现步骤摘要】
一种绳驱机械臂三维臂型测量方法及装置
本专利技术涉及绳驱机械臂，特别是一种绳驱机械臂三维臂型测量方法及装置。
技术介绍
绳驱机械臂为了保证整臂的轻量化和灵活性，往往采用绳驱这种驱动源后置的设计方案。这类设计使用多组绳索提供机械臂关节运动所需的驱动力和力矩，具有轻量、灵活、柔顺等优势，特别适合于狭小空间下的避障作业。绳驱机械臂可以穿越航天器的桁架结构和组件间隙，深入到结构内部进行探测、维修等任务。因此，绳驱机械臂的灵活性、柔顺性和细长特点使得其在空间狭小复杂环境中具有广阔的应用前景。绳驱机械臂模型如图1所示。该绳驱机械臂主要由若干个关节组成，关节之间采用十字轴进行连接，如图2所示，其中具有三根绳索L1-L3。绳驱机械臂的三维臂型检测问题始终是业界的难题。在常见的三维绳驱机械臂的臂型检测系统中，可以检测放置在绳驱机械臂上的靶球的坐标点，但无法检测出绳驱机械臂的臂型。因为绳驱机械臂本身具有一定的尺寸，靶球只能放在绳驱机械臂的外侧，不能直接安放在中轴线的位置，通过检测外侧靶球的坐标，不能直接还原出绳驱机械臂的关节角度。目前的...
【技术保护点】
1.一种绳驱机械臂三维臂型测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、在所述绳驱机械臂的每个关节上固定两个靶球，并使每个关节上的两个靶球与所在关节的中轴线平行；通过相机拍摄靶球，获取每个关节上的两个靶球的坐标；/nS2、根据几何关系，将每个关节上的两个靶球的坐标投影到对应关节的中轴线上；/nS3、根据每个关节上的两个靶球的坐标，确定关节之间的异面直线夹角θ
【技术特征摘要】
1.一种绳驱机械臂三维臂型测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在所述绳驱机械臂的每个关节上固定两个靶球，并使每个关节上的两个靶球与所在关节的中轴线平行；通过相机拍摄靶球，获取每个关节上的两个靶球的坐标；
S2、根据几何关系，将每个关节上的两个靶球的坐标投影到对应关节的中轴线上；
S3、根据每个关节上的两个靶球的坐标，确定关节之间的异面直线夹角θi以及关节的旋转角
S4、根据异面直线夹角θi以及旋转角确定每个关节的十字轴方向角αi和βi；
S5、根据每个关节的十字轴方向角αi和βi，从根部往末端迭代得到所述绳驱机械臂的臂型。
2.如权利要求1所述的绳驱机械臂三维臂型测量方法，其特征在于，步骤S2包括：
第i节关节上的两个靶球的坐标分别为和靶球在中轴线的投影距离为d，靶球坐标投影到中轴线的坐标分别对应为和靶球与中轴线构成的平面法向量为ni，第i节坐标系原点位于第i节与第i-1节的旋转轴中心Oi处，中轴线投影到xoy平面的投影直线与x轴的夹角为与之间的夹角为θi；
通过三个约束关系来求解每一个靶球投影点的坐标，如下：
Oi与和在同一个平面上，按照公式(1)计算得到该平面的法向量ni：
ni＝OiPi1×Pi1Pi2(1)
由ni垂直于向量得到第一个约束关系：
根据投影关系有垂直于得到第二个约束关系：
根据投影距离d得到第三个约束关系：
综合以上三个约束关系求解得到的坐标，同理，求得的坐标。
3.如权利要求1或2所述的绳驱机械臂三维臂型测量方法，其特征在于，步骤S3包括：
将第i节关节的坐标结合第i-1节关节的和坐标，计算夹角θi：
根据坐标的逐步递推，得到坐标系变换矩阵，用对应的关节坐标系表示每个关节上的点的坐标；坐标变换公式如下所示：
其中，pi表示第i个坐标系的点，pi相对于第i个坐标系的原点Oi的位置关系与第一个关节上的点p1相对于O1的位置关系相同，表示从第i-1个坐标系到第i个坐标系的变换矩阵；
根据公式(6)将前面计算得到的每个关节上的靶球投影坐标换算成当前坐标系下的坐标，再将该坐标投影到对应关节的xoy平面...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟得山，王学谦，梁斌，黄少平，米奕霖，徐文福，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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