一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法及装置，本发明专利技术基于托卡马克环流器和多关节机械臂的结构，通过目标点的位置、托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、第十关节的中心点的求解位置，确定第九关节的中心点的求解位置，进一步确定求解优化目标和求解约束条件，使用最优解算法确定多关节机械臂余下关节中心点的求解位置。故与现有技术相比，本发明专利技术的求解方法既可以实现快速求解，又可以保证求解结果的可靠性。解结果的可靠性。解结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法及装置


[0001]本申请涉及机械臂
，具体涉及一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，可控热核聚变反应装置大多采用托卡马克环流器对反应物质进行磁约束，托卡马克环流器是一个封闭的环形腔，故需要使用多关节机械臂对其进行维护作业。多关节机械臂关节数量多，其工作时通过聚变堆侧面的窗口进入环形腔的内部，需要保证多关节机械臂与窗口边缘以及环形腔的内壁有一定的安全距离，并且多关节机械臂自身各连杆之间也不能发生空间干涉，同时为了完全覆盖托卡马克环流器环形腔的内部区域，多关节机械臂需要具有冗余的自由度。空间约束条件和冗余自由度使多关节机械臂的运动学逆解求解困难。
[0003]现有技术中，对于多关节机械臂的运动学逆解求解，主要有数值解法和搜索解法。由于冗余自由度机械臂的运动学逆解存在无数种解，但又不存在解析解，因此现有技术的求解方法难以保证求解结果的准确性，同时又兼顾求解效率。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例所解决的技术问题之一在于提供一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法及装置，用以克服现有技术中对多关节机械臂的运动学逆解求解时存在求解结果不准确、求解效率低的问题。
[0005]本申请实施例第一方面公开一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法，所述方法包括：
[0006]根据所述托卡马克环流器内壁上的目标点的位置、所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、所述第十关节的中心点的求解位置，确定所述第九关节的中心点的求解位置；其中，所述目标点、所述第十关节的中心点、所述第九关节的中心点的求解位置位于同一直线上，且所述第九关节的中心点和所述第十关节的中心点的求解位置的连线垂直于所述托卡马克环流器的内壁；
[0007]根据全部连杆和关节的尺寸、所述第九关节的中心点的求解位置、所述托卡马克环流器的窗口位置，确定求解优化目标；其中，所述求解优化目标为穿过所述窗口的连杆或者关节需经过所述窗口的中心点；
[0008]根据所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸，确定求解约束条件；其中，所述求解约束条件为除了通过所述窗口的连杆或关节外，其他连杆或者关节均位于所述托卡马克环流器的内部或者外部；
[0009]根据所述求解优化目标和所述求解约束条件，利用预设最优解算法确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节 、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置。
[0010]本申请实施例第二方面公开一种多关节机械臂的运动学逆解求解装置，所述装置包括：
[0011]第一求解位置获取模块，用于根据所述托卡马克环流器内壁上的目标点的位置、所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、所述第十关节的中心点的求解位置，确定所述第九关节的中心点的求解位置；其中，所述目标点、所述第十关节的中心点、所述第九关节的中心点的求解位置位于同一直线上，且所述第九关节的中心点和所述第十关节的中心点的求解位置的连线垂直于所述托卡马克环流器的内壁；
[0012]目标构建模块，用于根据全部连杆和关节的尺寸、所述第九关节的中心点的求解位置、所述托卡马克环流器的窗口位置，确定求解优化目标；其中，所述求解优化目标为穿过所述窗口的连杆或者关节需经过所述窗口的中心点；
[0013]约束构建模块，用于根据所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸，确定求解约束条件；其中，所述求解约束条件为除了通过所述窗口的连杆或关节外，其他连杆或者关节均位于所述托卡马克环流器的内部或者外部；
[0014]最优解算法模块，根据所述求解优化目标和所述求解约束条件，利用预设最优解算法确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置。
[0015]本专利技术实施例基于托卡马克环流器和多关节机械臂的结构，通过目标点的位置、托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、第十关节的中心点的求解位置，确定第九关节的中心点的求解位置，进一步确定求解优化目标和求解约束条件，使用最优解算法确定多关节机械臂余下关节中心点的求解位置。故与现有技术相比，本专利技术实施例的求解方法既可以实现快速求解，又可以保证求解结果的可靠性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本申请实例一公开的一种多关节机械臂的结构示意图；
[0018]图2是本申请实例一公开的托卡马克环流器的结构剖面图；
[0019]图3是本申请实例一公开的托卡马克环流器的俯视图；
[0020]图4是本申请实例一公开的托卡马克环流器的侧视图；
[0021]图5是本申请实例一公开的一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法的流程示意图；
[0022]图6是本申请实例一公开的托克马克环流器的部分腔体结构示意图；
[0023]图7是本申请实例二公开的一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法的流程示意图；
[0024]图8是本申请实例二公开的一种多关节机械臂第一运动状态示意图；
[0025]图9是本申请实例二公开的一种多关节机械臂第二运动状态示意图；
[0026]图10是本申请实例二公开的一种多关节机械臂第三运动状态示意图；
[0027]图11是本申请实例三公开的一种多关节机械臂的运动学逆解求解装置的结构示意框图。
[0028]附图标记：
[0029]20、托卡马克环流器，21、内壁，22、外壁，23、窗口，Ⅰ、第一区域，Ⅱ、第二区域，Ⅲ、第三区域，Ⅳ、第四区域，1、第一关节，2、第二关节，3、第三关节，4、第四关节，5、第五关节，6、第六关节，7、第七关节，8、第八关节，9、第九关节，10、第十关节。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0032]实例一
[0033]如图5所示，图5为本申请实例一公开的一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法的示意性流程图，该多关节机械臂的运动学逆解求解方法包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多关节机械臂的运动学逆解求解方法，其特征在于，所述多关节机械臂用于对托卡马克环流器进行维护作业；所述多关节机械臂包括通过连杆依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节、第九关节和第十关节，其中，所述第一关节为直线移动关节，所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节、所述第八关节和所述第九关节为转动关节，所述第五关节和所述第十关节为回转关节；所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节的转动轴线相互平行，所述第五关节的转动轴线与所述第四关节的转动轴线相互垂直，所述第六关节的转动轴线与所述第五关节的转动轴线相互垂直，所述第七关节的转动轴线与所述第六关节的转动轴线相互垂直，所述第八关节的转动轴线与所述第七关节的转动轴线相互垂直，所述第九关节的转动轴线与所述第八关节的转动轴线相互垂直，所述第十关节的转动轴线与所述第九关节的转动轴线相互垂直；所述方法包括：根据所述托卡马克环流器内壁上的目标点的位置、所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、所述第十关节的中心点的求解位置，确定所述第九关节的中心点的求解位置；其中，所述目标点、所述第十关节的中心点、所述第九关节的中心点的求解位置位于同一直线上，且所述第九关节的中心点和所述第十关节的中心点的求解位置的连线垂直于所述托卡马克环流器的内壁；根据全部连杆和关节的尺寸、所述第九关节的中心点的求解位置、所述托卡马克环流器的窗口位置，确定求解优化目标；其中，所述求解优化目标为穿过所述窗口的连杆或者关节需经过所述窗口的中心点；根据所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸，确定求解约束条件；其中，所述求解约束条件为除了通过所述窗口的连杆或关节外，其他连杆或者关节均位于所述托卡马克环流器的内部或者外部；根据所述求解优化目标和所述求解约束条件，利用预设最优解算法确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于穿过所述窗口的中心点且相互垂直的两条轴线，所述窗口的横截面形状均为镜像对称；所述方法还包括：根据所述托卡马克环流器的内壁形状和尺寸、所述窗口的位置，建立笛卡尔坐标系；其中，所述笛卡尔坐标系的原点位于所述托卡马克环流器的中心点，X轴穿过所述窗口的中心，Z轴与所述托卡马克环流器的高度方向平行，X轴、Y轴和Z轴相互垂直；根据所述笛卡尔坐标系，将所述托卡马克环流器划分为四个区域，并将其中一个区域确定为目标求解区域；根据所述笛卡尔坐标系，对托卡马克环流器内壁上的维护作业点的位置进行第一镜像处理，确定所述目标点的求解位置；其中，所述目标点位于所述目标求解区域的内壁上；根据所述目标点的位置，确定所述第十关节的中心点的求解位置；对应地，在所述根据所述求解优化目标和所述求解约束条件，利用预设最优解算法确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置之后，所述方法还包括：
对所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节、所述第八关节、所述第九关节、所述第十关节的中心点的求解位置进行第二镜像处理，确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节、所述第八关节、所述第九关节、所述第十关节的中心点的作业位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述求解优化目标和所述求解约束条件，利用预设最优解算法确定所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置包括：根据所述第九关节的中心点的求解位置，确定所述第八关节、所述第七关节和所述第六关节的中心点的计算初始位置；根据所述第六关节的中心点的计算初始位置，确定所述第六关节的中心点的调整位置；其中，所述第六关节的中心点的调整位置位于所述笛卡尔坐标系的XY平面；根据所述第六关节的中心点的调整位置，确定所述第四关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的调整位置；根据所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的调整位置，以及所述第九关节和所述第十关节的中心点的求解位置，确定求解误差值；当所述求解误差值小于或者等于预设误差阈值时，将所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的调整位置，确定为所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述求解误差值大于所述预设误差阈值时，根据所述九关节的中心点的求解位置，利用二分法迭代更新所述第八关节、所述第七关节和所述第六关节的中心点的计算初始位置，并计算获得更新后的所述求解误差值；当更新后的所述求解误差值小于或者等于预设误差阈值时，将对应的所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的调整位置，确定为所述第四关节、所述第六关节、所述第七关节和所述第八关节的中心点的求解位置。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述求解误差值的计算公式为：；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帮猛，张志远，宋定安，强利刚，姜通维，杨义光，肖陶康，任宏喜，王克楠，齐维伟，
申请(专利权)人：贵州航天控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：