【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及机器人，具体涉及一种机械臂的逆运动学解析方法及装置。
技术介绍
1、多个自由度协作臂现有的构型存在生产工艺复杂、装配困难等问题，该问题主要因为“球腕关节多轴相交”对工艺要求高，实际生产中多轴相交对生产和装配的要求很高，且为了保证相交的精度通常需要引入标定和补偿算法来提高机器人的执行精度。
2、“球腕关节偏置安装”可以解决工艺复杂的问题，但将使得现有的s-r-s构建的多自由度解析解法无法使用，而常用的数值解法计算复杂度高，难以应用于有实时性要求的机器人控制器中。
3、球腕关节偏置安装将有效降低了机器人对生产工艺的要求。然而，这种改进将使得机械臂不满足pieper准则，因此机械臂将不具有一个球形腕部关节。由于腕部三个轴不再相交于一点，将无法使用一般的解析方法进行运动学逆运算，另一种是使用迭代计算的数值解法，然而此类解法的时间复杂度更高，且不能够满足硬件的实时性要求。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种机械臂的逆运动学解析方法及装置，本申请可以满足实时要求的解析解法对降低机器人生产工艺复杂度有显著的效果。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种机械臂的逆运动学解析方法，所述机械臂具有n个关节，机械臂末端关节为第n个关节，其中，n为大于7的自然数，所述方法包括：
3、构建机械臂模型；
4、在所述机械臂模型中输入机械臂第n个关节角度和姿态；
5、根据远离第n个关节的n-1个关节，第n-3个关节
6、根据第n-3个关节的角度求解第n-1个关节的角度；
7、根据第n-3个关节的角度和第n-1个关节的角度求解第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度；
8、根据第n-3个关节的角度，第n-1个关节的角度，第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度求解第n-4个关节的角度和第n-2个关节的角度。
9、作为本申请一优选实施例，所述根据远离第n个关节的第n-1个关节，第n-3个关节和第n-5个关节形成的平面求解第n-3个关节的角度，具体包括：
10、获取第n-5个关节，第n-4个关节，第n-3个关节和第n-1个关节的对应关节坐标系a2，a3，a4和a6及关节坐标系a2，a4和a6对应坐标系原点o2，o3，o4和o6；
11、通过所述原点o2与原点o4形成的第一直线与所述原点o4与原点o6形成的第二直线之间的夹角求解第n-3个关节的角度，具体通过以下公式计算：
12、q4＝∠o2o4o3+∠ho4o6+∠o2o4o6-2π
13、其中，q4为第n-3个关节的角度。
14、作为本申请一优选实施例，所述根据第n-3个关节的角度求解第n-1个关节的角度，具体包括：
15、获取关节坐标系a2和a6对应的坐标系原点o2和o6所在的第三直线与关节坐标系a6的x轴方向的第一夹角；
16、获取关节坐标系a2和a6对应的坐标系原点o2和o6所在的第三直线，及关节坐标系a6的原点o6和原点o2及o6的交点所在的第四直线，获取所述第二直线和第三直线之间的第二夹角；
17、通过所述第一夹角和第二夹角求解第n-1个关节的角度q6，具体通过以下公式计算：
18、q6＝ψ6-φ6+π/2
19、其中，q6为第n-1个关节的角度，所述ψ6为第二夹角，φ6为第一夹角。
20、作为本申请一优选实施例，所述根据第n-3个关节的角度和第n-1个关节的角度求解第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度，具体包括：
21、获取第n-5个关节坐标系的原点o2与第n-4个关节坐标系的原点o3所在的第四直线在世界坐标系中的投影；
22、获取所述投影与所述世界坐标系的x轴之间的第三夹角，所述第三夹角为第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度。
23、作为本申请一优选实施例，所述根据第n-3个关节的角度，第n-1个关节的角度，第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度求解第n-4个关节的角度和第n-2个关节的角度，具体包括：
24、获取第n-5个关节，第n-3个关节和第n-1个关节的对应的关节坐标系a2，a4和a6，及关节坐标系a2，a4和a6对应的坐标系原点o2，o4和o6所在的平面δo2o4o6；
25、获取第n-5个关节所在的关节坐标系a2的z轴所在的第五直线；
26、获取第n-5个关节所在的关节坐标系a2的z轴所在的第五直线与所述平面δo2o4o6之间的第四夹角，所述第四夹角为第n-4个关节的角度和第n-2个关节的角度。
27、与现有技术相比，本申请实施例提供了一种机械臂的逆运动学解析方法，所述机械臂具有n个关节，机械臂末端关节为第n个关节，其中，n为大于7的自然数，所述方法包括：构建机械臂模型；在所述机械臂模型中输入机械臂第n个关节角度和姿态；根据远离第n个关节的n-1个关节，第n-3个关节和第n-5个关节形成的平面求解第n-3个关节的角度；根据第n-3个关节的角度求解第n-1个关节的角度；根据第n-3个关节的角度和第n-1个关节的角度求解第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度；根据第n-3个关节的角度，第n-1个关节的角度，第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度求解第n-4个关节的角度和第n-2个关节的角度。本申请实施例提出的一种机械臂的逆运动学解析方法，可以显著降低机械臂生产工艺的复杂度，本申请的逆运动学解析方法具有封闭形式的解析解，可以满足实时计算的要求，相比数值迭代方法更适用于在线的轨迹规划和优化控制，且具备更高的计算精度，本申请适用于一般的带有腕关节偏置的人型机器人，对于多于七自由度的机械臂，只要存在带关节偏置的球形腕，本申请都可以适用，具备良好的通用性和拓展性。
28、第二方面，本申请实施例提供了一种机械臂的逆运动学解析装置，所述机械臂具有n个关节，机械臂末端关节为第n个关节，其中，n为大于7的自然数，所述装置包括：
29、构建模块，用于构建机械臂模型；
30、输入模块，用于在所述机械臂模型中输入机械臂第n个关节角度和姿态；
31、求解模块，用于根据远离第n个关节的n-1个关节，第n-3个关节和第n-5个关节形成的平面求解第n-3个关节的角度；
32、所述求解模块，还用于根据第n-3个关节的角度求解第n-1个关节的角度；
33、所述求解模块，还用于根据第n-3个关节的角度和第n-1个关节的角度求解第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度；
34、所述求解模块，还用于根据第n-3个关节的角度，第n-1个关节的角度，第n-6个关节的角度和第n-5个关节的角度求解第n-4个关节的角度和第n-2个关节的角度。
35、与现有技术相比，本申请第二方面提供的机械臂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述机械臂具有N个关节，机械臂末端关节为第N个关节，其中，N为大于7的自然数，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据远离第N个关节的第N-1个关节，第N-3个关节和第N-5个关节形成的平面求解第N-3个关节的角度，具体包括：
3.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据第N-3个关节的角度求解第N-1个关节的角度，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据第N-3个关节的角度和第N-1个关节的角度求解第N-6个关节的角度和第N-5个关节的角度，具体包括：
5.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据第N-3个关节的角度，第N-1个关节的角度，第N-6个关节的角度和第N-5个关节的角度求解第N-4个关节的角度和第N-2个关节的角度，具体包括：
6.一种机械臂的逆运动学解析装置，其特征在于，所述机械臂具有N个关节，机械臂末端关节为第N
...【技术特征摘要】
1.一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述机械臂具有n个关节，机械臂末端关节为第n个关节，其中，n为大于7的自然数，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据远离第n个关节的第n-1个关节，第n-3个关节和第n-5个关节形成的平面求解第n-3个关节的角度，具体包括：
3.如权利要求1所述的一种机械臂的逆运动学解析方法，其特征在于，所述根据第n-3个关节的角度求解第n-1个关节的角度，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种机械臂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，黄彦玮，张国平，王光能，
申请(专利权)人：深圳市牛耳机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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