双臂协作机器人的运动学模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种双臂协作机器人的运动学模型建立方法，包括构建双臂并联机器手的连杆坐标系；以D

【技术实现步骤摘要】
双臂协作机器人的运动学模型建立方法


[0001]本专利技术属于机器人领域。

技术介绍

[0002]智能机器人的控制需要计算机来提供协助，随之时代与科技的发展，使人与机器人的交互模式发生了很大的变化，由更为直观、便捷、灵敏的人体动作来控制人工智能机器人，这种方式被更广泛应用；
[0003]由于双臂机器人所具有的优越性能，多家机器人企业都开始研制具备工作能力的双臂机器人；双臂协作机器人，是指一种由二条七自由度机械手臂所构成的双臂型工业机器人，并在二腕末端装有夹持工具，手臂间也可以配合进行相应工作，并能够进行人机协同；
[0004]目前，国外对于工业机器人协同运动规划方面的研究成果较多，且大多聚焦于流体学约束和运动路径规划等方面，而对于冗余度机器人的研究成果则多表现在探测定位算法和轨迹规范，而关于冗余度机器人的高灵活性和在协同运动计划时考虑运动学的研究成果也不多见。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种双臂协作机器人的运动学模型建立方法，使机器人在整个运动过程中具有极好的稳定性能。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术的双臂协作机器人的运动学模型建立方法：
[0007]步骤一、构建双臂并联机器手的连杆坐标系；
[0008]步骤二、以Denavit
‑
Hartenberg(D
‑
H)表示方法描述机器人坐标系统双臂并联机器手坐标系统；
[0009]步骤三、求解各关节的位置和姿态信息；
[0010]步骤四、基于Matlab的轨迹规划与仿真。
[0011]进一步的，“步骤一”中采用双臂并联机器手的右臂来作为对象构建的连杆坐标系。
[0012]进一步的，“步骤二”中相邻杆件间的位置与姿态可以用4
×
4的齐次变换矩阵描述，见式2.1：
[0013][0014]通过D
‑
H矩阵经过变化得到相邻之间连杆变换通式
i
‑1T
i
为式2.2：
[0015][0016]其中：a
i
‑1、α
i
‑1、d
i
和θ
i
是坐标系i
‑
1和i之间的相对位置参数；
[0017]把所有连杆变换
i
‑1T
i
(i＝1，2，
…
n，为关节号数)依次相乘后，得到末端的坐标系{n}相对于坐标系{0}的总的矩阵变换通式：0T
n
＝0T
11
T2…
n
‑1T
n
；
ꢀꢀ
(式2.3)
[0018]进一步的，“步骤二”中包括正向运动学求解，并利用D
‑
H表示方法求解机器人运动学正解。
[0019]进一步的，正向运动学求解的正向运动学方程表示为：
[0020][0021]式中：
‑
机器人末端位姿矩阵；
‑
关节i到关节i+1的位姿变换矩阵；n
‑
X轴方向的向量；o
‑
Y轴的方向的向量；a
‑
Z轴方向的向量。
[0022]进一步的，左臂相邻关节坐标系的位姿变换矩阵如下；
[0023][0024][0025][0026]右臂相邻关系坐标系的位姿变换矩阵如下；
[0027][0028][0029][0030]通过运用以下公式：即求出机械臂末端坐标系相应于基座标的变换矩阵；运动学正解关系为：
[0031]f(r)＝t(r)
[0032]其中：t表示末端位置，r表示关节角。
[0033]进一步的，利用D
‑
H表示方法求解机器人运动学正解中，由式2.2和2.3得到的末端位姿的变化矩阵0T7，0T7即为关节变量θ1，θ2…
θ7的函数；进而算出各个连杆的变换矩阵以及机器人末端连杆坐标系相对基坐标系的位置。
[0034]进一步的，“步骤四”中对机器人用计算机进行运动轨迹仿真，首先设置好相应的机器人对象；在MatlabRobotics工具箱中构建机器人重点就是构建各个关节，在构建关节时，用SerialLink函数将每个关节连接起来，组成机器人结构模型；构建完成后，通过teach函数来驱动机器人的运动，通过控制滑块的位置可以实现关节的转动和移动；在关节空间中，对机器人的末端做出规划，而关节空间运动轨迹规划，则可以使用函数jtraj来表示，函数jtraj的调用格式为[q，qd，qdd]＝jtraj(qz，qn，t)，从qz到qn的两个位姿之间进行平滑插值，得到一个关节空间结构设计路迹，q、qd、qdd分别为规划的角位移、角速度和角加速度，t为时间。
[0035]有益效果：本专利技术的双臂协作机器人的运动学模型建立方法在基于Matlab的轨迹规划与仿真中得到了很好的验证，从图5、图6、图7可以看出，机器人右臂关节1、2、3、4、5的角位移、角速度和角加速度随时间的变化曲线都持续稳定，且曲线光滑一致无突变。
附图说明
[0036]图1结构简图；
[0037]图2结构尺寸图；
[0038]图3机构运动简图及各关节坐标系；
[0039]图4双臂机器人模型；
[0040]图5右臂生成关节i(i＝1、2、3、4、5)的角速度曲线；
[0041]图6右臂生成关节i(i＝1、2、3、4、5)的角位移曲线；
[0042]图7右臂生成关节i(i＝1、2、3、4、5)的角加速度曲线；
[0043]图8右臂末端执行器坐标系平移变化；
[0044]图9右臂末端执行器坐标系旋转变化；
[0045]图10右臂末端执行器在x、y、z坐标内随时间的变化；
[0046]图11设计流程；
[0047]图12全局建模；
[0048]图13码垛传送带Smart组件连接图；
[0049]图14吸盘1的Smart组件连接图；
[0050]图15吸盘2的Smart组件连接图；
[0051]图16机器人I/O口配置；
[0052]图17创建机器人工具；
[0053]图18创建机器人工具；
[0054]图19创建工件坐标；
[0055]图20关闭避免碰撞；
[0056]图21同步工作站；
[0057]图22模拟仿真；
[0058]图23模拟仿真运行状态；
[0059]图24模拟仿真完成。
具体实施方式
[0060]下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。
[0061]构建坐标系
[0062]区别于任何工业生产自动化工业机器人的第一个连杆关节轴与底座之间在笛卡尔空间中的定位关系并没有传统的相互垂直，而是呈空间交错状，通过这种结构方式可以非常合理的消除了工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：步骤一、构建双臂并联机器手的连杆坐标系；步骤二、以D
‑
H表示方法描述机器人坐标系统双臂并联机器手坐标系统；步骤三、求解各关节的位置和姿态信息；步骤四、基于Matlab的轨迹规划与仿真。2.根据权利要求1所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤一”中采用双臂并联机器手的右臂来作为对象构建的连杆坐标系。3.根据权利要求1所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤二”中相邻杆件间的位置与姿态用4
×
4的齐次变换矩阵描述，见式2.1：通过D
‑
H矩阵经过变化得到相邻之间连杆变换通式
i
‑1T
i
为式2.2：其中：a
i
‑1、α
i
‑1、d
i
和θ
i
是坐标系i
‑
1和i之间的相对位置参数；把所有连杆变换
i
‑1T
i
(i＝1，2，
…
n，为关节号数)依次相乘后，得到末端的坐标系{n}相对于坐标系{0}的总的矩阵变换通式：0T
n
＝0T
11
T2…
n
‑1T
n
。(式2.3)。4.根据权利要求3所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤二”中包括正向运动学求解，并利用D
‑
H表示方法求解机器人运动学正解。5.根据权利要求4所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：正向运动学求解的正向运动学方程表示为：式中：
‑
机器人末端位姿矩阵；...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅志敏，刘仁兵，江晓明，张融，熊烨，肖辉，
申请(专利权)人：武昌工学院，
类型：发明
国别省市：