末端工具有效工作空间的规划方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种末端工具有效工作空间的规划方法、装置及存储介质，该方法包括：设置基坐标系中的第一坐标轴的极限值为有效工作空间的设计变量，其中极限值包括极限最大值和极限最小值；基于约束条件确定有效工作空间的非线性等式，以及根据非线性等式确定设计变量的目标函数，其中约束条件包括末端工具的极限朝向的空间向量集合；在基坐标系中的第二坐标轴和第三坐标轴组成的平面上等间隔取点，通过优化目标函数计算出平面上每个点对应的末端工具所能达到的第一坐标轴上的最大值和最小值；根据平面上所有的点对应的最大值和最小值确定最大有效工作空间。本发明专利技术实现了末端工具与机械臂末端不共轴时规划最大的有效工作空间。机械臂末端不共轴时规划最大的有效工作空间。机械臂末端不共轴时规划最大的有效工作空间。

【技术实现步骤摘要】
末端工具有效工作空间的规划方法、装置及存储介质


[0001]本申请主要涉及工业机器人领域，具体地涉及一种末端工具有效工作空间的规划方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]在机械臂的实际应用场景中，往往对于末端工具朝向有确定的约束需求，以6轴手术机械臂为例，根据手术的需求限制了末端工具(如针筒针头，下文中写为针头)z轴的朝向，但是不限制其x轴和y轴的朝向，即针头可以360
°
绕其z轴旋转。在保证工件朝向的情况下，工具中心点可以达到的空间范围被定义为有效工作空间。因此在设计机械臂结构时需要计算针头的有效工作空间，即满足针头在设计工况下所需求的全部朝向的同时求得针头可以达到的有效空间范围。
[0003]CN111844027A公开了一种关于机械臂最优工作空间的确定方法及装置。该方法包括：根据目标机械臂的特征参数表建立目标机械臂的运动学方程，并获取目标机械臂的雅克比矩阵；根据特征参数表获取多个待确定参数组；根据运动学方程、雅克比矩阵和多个待确定参数组，分别获取每个待确定参数组对应的末端笛卡尔空间和末端笛卡尔空间的雅克比矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种末端工具有效工作空间的规划方法，其特征在于，包括：设置基坐标系中的第一坐标轴的极限值为有效工作空间的设计变量，其中所述极限值包括极限最大值和极限最小值；基于约束条件确定所述有效工作空间的非线性等式，以及根据所述非线性等式确定所述设计变量的目标函数，其中所述约束条件包括末端工具的极限朝向的空间向量集合；在基坐标系中的第二坐标轴和第三坐标轴组成的平面上等间隔取点，通过优化所述目标函数计算出所述平面上每个点对应的所述末端工具所能达到的第一坐标轴上的最大值和最小值；根据所述平面上所有的点对应的所述最大值和所述最小值确定最大有效工作空间。2.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述约束条件还包括机械臂的结构参数和末端工具参数。3.如权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述非线性等式为：其中，T
tool
为基坐标系到工具坐标系的坐标转换矩阵，F(
·
)是机械臂运动学正解函数，q是机械臂轴角向量，tool是末端工具参数，[z1，z2，z3]为所述末端工具的末端朝向在基坐标系下的投影，[x
q
，y
q
，z
q
]为根据机械臂轴角向量确定的基坐标系下的坐标。4.如权利要求3所述的规划方法，其特征在于，所述目标函数为：征在于，所述目标函数为：其中，min(x)为第一坐标轴的最小值，max(x)为第一坐标轴的最大值，f(
·
)是第一坐标轴的值与机械臂轴角向量的关系函数，q
a
是对应第一坐标轴的最小值的最优机械臂轴角向量，q
b
是对应第一坐标轴的最大值的最优机械臂轴角向量。5.如权利要求4所述的规划方法，其特征在于，通过优化所述目标函数计算出所述平面上每个点对应的所述末端工具所能达到的第一坐标轴上的最大值和最小值的步骤包括：以下列等式约束与不等式约束为所述目标函数的KKT条件，通过顺序二次规划优化所述目标函数得到每个点对应的一组最优机械臂轴角向量；q
min
＜q＜q
max
其中，[z1，z2，z3]为所述末端工具的末端朝向在基坐标系下的投影，[z
n1
，z
n2
，z
n3
]为第n组限制的末端朝向在基坐标系下的投影，y
q
和z
q
为根据所述机械臂轴角向量确定的第二坐标轴上的坐标和第三坐标轴上的坐标，y和z为所述平面上的点在第二坐标轴上的坐标和在第三坐标轴上的坐标，q
min
为机械臂关节的最小可达角度所构成的向量，q
max
为机械臂关节
的最大可达角度所构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乾，钱进，李睿钦，王启超，
申请(专利权)人：实时侠智能控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：