一种五自由度混联机器人的运动奇异修正方法技术

本发明专利技术公开一种针对五自由度混联机器人的运动奇异修正方法，本方法首先计算奇异轴矢量，利用刀轴矢量与奇异轴矢量的夹角是否小于阈值判断是否发生奇异；然后，利用修正算法修正转头C轴转角，进而修正刀轴矢量；最后对全部插补点全部执行奇异判断与修正。采用本方法可植入与机器人运动控制器中的运动学逆解算法中，可在线判断奇异并修正插补后的刀具路径点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度混联机器人的运动奇异修正方法


[0001]本专利技术涉及一种修正因运动奇异引起的加工误差方法，尤其涉及五自由度混联机器人的运动奇异修正方法。

技术介绍

[0002]与传统带有A/C转头的五轴数控机床相类似，五轴混联机器人也存在奇异问题，即当刀轴与奇异轴重合时，各驱动关节变量将发生瞬时突变，进而导致加工表面出现非线性加工误差，甚至损坏刀具或工件。上述含A/C转头的五轴加工装备的奇异问题通常可采用三种方法来解决，一是修正关节指令、二是修正刀具路径、三是改变工件安装的姿态。然而，与传统平转解耦的五轴数控机床不同，五轴混联机器人的奇异轴随位形变化。因此，在排除上述第三种解决方案的前提下，刀具轨迹规划存在两个首先需要解决的问题：一是分析和判定奇异产生的原因及其随刀具位姿的变化；二是根据奇异轴的方向采用适当手段来规划刀具路径以规避奇异。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种针对五自由度混联机器人的运动奇异修正方法，采用本方法可实现经过奇异区域时关节运动的平滑过渡，可有效降低因奇异运动突变引起的加工误差。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五自由度混联机器人的运动奇异修正方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用插补法对安装在转头末端的刀具运动轨迹进行插补，得到若干个刀具路径点，每一个刀具路径点包括刀具的刀轴矢量w和刀具的刀尖点矢量r，然后利用刀轴矢量w和刀尖点矢量r计算每一个刀具路径点的奇异轴矢量n：式中：r＝(x
C y
C z
C
)
T
，为插补后的刀具路径点处的刀尖点矢量；x
C
、y
C
、z
C
分别是刀尖点在机器人参考坐标系下的x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标；d为刀尖点与二自由度A/C转头两旋转轴轴线交点之间的距离，d
v
为二自由度A/C转头两旋转轴轴线交点到刀具轴线的垂距；步骤二、判断机器人是否发生奇异，具体过程为：计算刀轴矢量w与奇异轴矢量n间的夹角ε，并判断是否小于奇异判定阈值[ε]，若是，则机器人发生奇异，执行步骤三；否则，不做修正，执行步骤五：ε＝arccos(w
T
n)≤[ε]步骤三、修正机器人奇异点，具体过程为：第一步，利用刀具运动轨迹当前插补路径点对应的刀轴矢量与刀尖点矢量，通过机器人位置逆解算法计算机器人点关节变量q1、q2、q3、θ4、θ5；其中，q1、q2、q3分别为第一主动长度调节装置的杆长、第二主动长度调节装置的杆长、第三主动长度调节装置的杆长，θ4为二自由度A/C转头中转台绕C轴轴线旋转转角，θ5为二自由度A/C转头中摆角头绕A轴轴线旋转转角；第二步，对θ4进行修正，θ4修正算法如下：式中：θ
4new
—利用当前刀具路径点对应的刀轴矢量与刀尖点矢量进行位置逆解计算得到的与当前刀具路径点对应的θ4，然后对该θ4值利用上述θ4修正算法进行修正后的值；θ
′
4new
—对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祺，沈思佟，李彬，马跃，臧希喆，张智涛，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：