基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法技术

本发明专利技术涉及一种基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法，其在机器人的特定关节处安装了五个角度编码器，可以额外读取5个部位的角度值，同时结合给定并联六轴机器人的结构参数以及任意时刻的电缸活塞杆的伸长量，来求解动平台坐标系相对于静平台基坐标系的位置和姿态值。因为通过五个编码器可以获得更多的信息，可以降低求解正解的难度，本发明专利技术在运算过程中，只有初等的矩阵乘法运算，即只有简易的乘法和加法运算，所以计算效率得到有效提高。高。

【技术实现步骤摘要】
基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人
，具体涉及一种基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法。

技术介绍

[0002]并联机器人是一类结构全新的机器人，与传统的工业机器人相比，它具有更高的刚度、精度和更好的承载能力等优点，其应用几乎涉及现代尖端技术的许多领域。在定位平台、仿真设备、娱乐设备等领域已有广泛的应用，在自动化加工应用场景的潜力也很大。在并联机器人运动分析中，给出各主动件的位置，求解动平台的位姿称为位姿正解，这对于机器人机构的工作空间解析、误差补偿都具有深远的意义。有了动平台的位姿信息，可以用来对机器人的动平台的工作位置作限位处理，即控制系统在运行过程中不断地判定位姿，当超过用户的设定极限时，即报警停机。
[0003]目前的并联机器人位姿正解方法运算量大，计算效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法，以降低位姿正解求取的运算量，提高计算效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法，所述并联六轴机器人包括静平台、动平台、六个虎克铰组件、六个电缸组件和三个交叉轴组件，其中，虎克铰组件安装在静平台上，交叉轴组件安装在动平台上，电缸组件的一端安装在虎克铰组件上，电缸组件的另一端通过承力销轴转动连接在交叉轴组件上；
[0007]六个电缸组件按逆时针方向依次定义为第一电缸组件、第二电缸组件、第三电缸组件、第四电缸组件、第五电缸组件、第六电缸组件；六个虎克铰组件依次定义为第一虎克铰组件、第二虎克铰组件、第三虎克铰组件、第四虎克铰组件、第五虎克铰组件、第六虎克铰组件；三个交叉轴组件依次定义为第一交叉轴组件、第二交叉轴组件和第三交叉轴组件；第二电缸组件、第三电缸组件、第二虎克铰和第三虎克铰以及第一交叉轴组件形成第一控制组件，第二电缸组件和第三电缸组件一端分别安装在第二虎克铰组件和第三虎克铰组件上，另一端则连接在第一交叉轴组件；第四电缸组件、第五电缸组件、第四虎克铰、第五虎克铰以及第二交叉轴组件形成第二控制组件，第四电缸组件和第五电缸组件一端分别安装在第四虎克铰组件和第五虎克铰组件上，另一端则连接在第二交叉轴组件上；第六电缸组件、第一电缸组件、第六虎克铰组件、第一虎克铰组件、以及第三交叉轴组件形成第三控制组件，第六电缸组件和第一电缸组件一端分别连接第六虎克铰组件和第一虎克铰组件，另一端则连接在第三交叉轴组件上；
[0008]所述方法包括：
[0009]首先，从机器人的第一控制组件、第二控制组件和第三控制组件中任选一组上安
装五个角度编码器以读取关节角度值；
[0010]具体地，在所选控制组件的左侧虎克铰组件的虎克铰上基座和虎克铰下基座上均安装一个角度编码器，记为第一角度编码器和第二角度编码器，用于测量虎克铰组件的固定轴部和摆动轴部分别相对于虎克铰下基座和虎克铰上基座的旋转角度，分别记为jθ1和jθ2；在所选控制组件的右侧虎克铰组件的虎克铰上基座上安装一角度编码器，记为第三角度编码器；用于测量虎克铰的摆动轴部相对于虎克铰组件的虎克铰上基座的旋转角度，记为jθ3；在所选控制组件的交叉轴组件内部安装角度编码器，记为第四角度编码器，用于测量交叉轴组件的轴耳的轴部相对于交叉轴壳体的角度值，记为jθ4；在动平台上与所选控制组件连接的位置处安装一角度编码器，记为第五角度编码器，用于测量动平台相对于交叉轴组件的旋转角度值，记为jθ5；
[0011]然后，根据以下步骤求解动平台位姿：
[0012]S1、构建并联六轴机器人的运动学元素；
[0013]B
i
,i＝1～6为虎克铰原点，其分别设置在六个虎克铰组件的十字轴中心；
[0014]在静平台上建立基坐标系{O}，该坐标系的原点O设置在B1～B6确定的平面上，且位于B1～B6确定的圆的圆心位置；y轴方向设置在OB1,OB2线段的角平分线位置，z轴设置朝上，x轴根据右手定则确定；R
b
表示B1～B6确定的圆的半径，称为“虎克铰虚拟圆半径”；
O
OB1～
O
OB6：
O
OB
i
表示虎克铰位置向量，具体表示以基坐标系的原点为起点，第i个虎克铰原点B
i
,i＝1～6为终点的向量，参考坐标系为基坐标系；
[0015]β
i
，i＝1～6为虎克铰偏置角，表示
O
OB
i
与基坐标系{O}的Y轴的角度；
[0016]R
Q
称为“交叉轴虚拟圆半径”，表示三个交叉轴组件原点确定的圆的半径值；
[0017]Q
i
，i＝1～3为交叉轴组件的轴耳原点，轴耳上与U
i
，i＝1～3对应重合的点，设为Q
i
，i＝1～3；
[0018]{Q
i
}，i＝1～3表示轴耳坐标系，坐标系原点固连在轴耳原点Q
i
，{Q
i
}的z轴沿轴耳的轴部轴线方向，y轴沿销轴铰链两点的连线方向，x轴根据右手定则确定；
[0019]U
i
，i＝1～3为交叉轴原点，交叉轴零件的两个圆柱面的轴线形成一个交点；
[0020]{U
i
}，i＝1～3，表示交叉轴坐标系，该坐标系原点为交叉轴原点U
i
，z轴沿轴耳的轴部轴线方向，y轴沿中心轴轴线的方向，x轴根据右手定则确定；
[0021]{P}为动平台坐标系，该坐标系{P}的原点P位于U
i
，i＝1～3确定的平面上，且位于三个U
i
确定的圆的圆心位置；坐标系{P}的y轴设置为：U2在y轴的负方向，U1,U3相对于y轴对称；z轴朝上，x轴则用右手定则确定；
[0022]i＝1～3表示轴耳原点的分布角度
O
OP动平台的位置，表示动平台坐标系{P}的原点P相对于静平台坐标系原点O的位置向量；
[0023]O
R
P
为动平台的姿态，表示动平台坐标系{P}相对于静平台坐标系{O}的旋转矩阵；
[0024]A1～A6为销轴铰链中心，A2和A3对应第一交叉轴组件，A4和A5对应第二交叉轴组件，A6和A1对应第三交叉轴组件；
[0025]Ο
ΒΑ
i
表示电缸位置向量，以基坐标系{O}为参考系；
[0026]S2、在第二虎克铰组件的十字轴上，以十字轴中心B2为原点建立虎克铰坐标系{B2}，原点固定在十字轴中心，即固定轴部轴线和摆动轴部轴线的交点，虎克铰坐标系{B2}
的y轴沿固定轴部轴线并指向右端虎克铰组件，z轴与{O}的z轴方向相同，x轴通过右手定则可得；
[0027]S3、在第二虎克铰组件的虎克铰上基座上，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于附加编码器的并联六轴机器人位姿正解方法，其特征在于：所述并联六轴机器人包括静平台、动平台、六个虎克铰组件、六个电缸组件和三个交叉轴组件，其中，虎克铰组件安装在静平台上，交叉轴组件安装在动平台上，电缸组件的一端安装在虎克铰组件上，电缸组件的另一端通过承力销轴转动连接在交叉轴组件上；六个电缸组件按逆时针方向依次定义为第一电缸组件、第二电缸组件、第三电缸组件、第四电缸组件、第五电缸组件、第六电缸组件；六个虎克铰组件依次定义为第一虎克铰组件、第二虎克铰组件、第三虎克铰组件、第四虎克铰组件、第五虎克铰组件、第六虎克铰组件；三个交叉轴组件依次定义为第一交叉轴组件、第二交叉轴组件和第三交叉轴组件；第二电缸组件、第三电缸组件、第二虎克铰和第三虎克铰以及第一交叉轴组件形成第一控制组件，第二电缸组件和第三电缸组件一端分别安装在第二虎克铰组件和第三虎克铰组件上，另一端则连接在第一交叉轴组件；第四电缸组件、第五电缸组件、第四虎克铰、第五虎克铰以及第二交叉轴组件形成第二控制组件，第四电缸组件和第五电缸组件一端分别安装在第四虎克铰组件和第五虎克铰组件上，另一端则连接在第二交叉轴组件上；第六电缸组件、第一电缸组件、第六虎克铰组件、第一虎克铰组件、以及第三交叉轴组件形成第三控制组件，第六电缸组件和第一电缸组件一端分别连接第六虎克铰组件和第一虎克铰组件，另一端则连接在第三交叉轴组件上；所述方法包括：首先，从机器人的第一控制组件、第二控制组件和第三控制组件中任选一组上安装五个角度编码器以读取关节角度值；具体地，在所选控制组件的左侧虎克铰组件的虎克铰上基座和虎克铰下基座上均安装一个角度编码器，记为第一角度编码器和第二角度编码器，用于测量虎克铰组件的固定轴部和摆动轴部分别相对于虎克铰下基座和虎克铰上基座的旋转角度，分别记为jθ1和jθ2；在所选控制组件的右侧虎克铰组件的虎克铰上基座上安装一角度编码器，记为第三角度编码器；用于测量虎克铰的摆动轴部相对于虎克铰组件的虎克铰上基座的旋转角度，记为jθ3；在所选控制组件的交叉轴组件内部安装角度编码器，记为第四角度编码器，用于测量交叉轴组件的轴耳的轴部相对于交叉轴壳体的角度值，记为jθ4；在动平台上与所选控制组件连接的位置处安装一角度编码器，记为第五角度编码器，用于测量动平台相对于交叉轴组件的旋转角度值，记为jθ5；然后，根据以下步骤求解动平台位姿：S1、构建并联六轴机器人的运动学元素；B
i
,i＝1～6为虎克铰原点，其分别设置在六个虎克铰组件的十字轴中心；在静平台上建立基坐标系{O}，该坐标系的原点O设置在B1～B6确定的平面上，且位于B1～B6确定的圆的圆心位置；y轴方向设置在OB1,OB2线段的角平分线位置，z轴设置朝上，x轴根据右手定则确定；R
b
表示B1～B6确定的圆的半径，称为“虎克铰虚拟圆半径”；
O
OB1～
O
OB6：
O
OB
i
表示虎克铰位置向量，具体表示以基坐标系的原点为起点，第i个虎克铰原点B
i
,i＝1～6为终点的向量，参考坐标系为基坐标系；β
i
，i＝1～6为虎克铰偏置角，表示
O
OB
i
与基坐标系{O}的Y轴的角度；R
Q
称为“交叉轴虚拟圆半径”，表示三个交叉轴组件原点确定的圆的半径值；Q
i
，i＝1～3为交叉轴组件的轴耳原点，轴耳上与U
i
，i＝1～3对应重合的点，设为Q
i
，i＝
1～3；{Q
i
}，i＝1～3表示轴耳坐标系，坐标系原点固连在轴耳原点Q
i
，{Q
i
}的z轴沿轴耳的轴部轴线方向，y轴沿销轴铰链两点的连线方向，x轴根据右手定则确定；U
i
，i＝1～3为交叉轴原点，交叉轴零件的两个圆柱面的轴线形成一个交点；{U
i
}，i＝1～3，表示交叉轴坐标系，该坐标系原点为交叉轴原点U
i
，z轴沿轴耳的轴部轴线方向，y轴沿中心轴轴线的方向，x轴根据右手定则确定；{P}为动平台坐标系，该坐标系{P}的原点P位于U
i
，i＝1～3确定的平面上，且位于三个U
i
确定的圆的圆心位置；坐标系{P}的y...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏，张健，吴勇毅，刘维，周文，
申请(专利权)人：伯朗特机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：