【技术实现步骤摘要】
本申请涉及机械臂控制，特别涉及一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选方法及装置。
技术介绍
1、ur机械臂作为一种典型的六自由度机器人有六个旋转轴，适应几乎任何轨迹或角度的工作，因其高度的操作灵活性，在工业装配，电力作业等领域得到广泛的应用。机械臂是一个复杂系统，其数学模型包括动力学和运动学，且动力学和运动学均有对应的正解和逆解。除部分奇异位置外，六自由度机械臂在其可达范围内的运动学逆解必然存在多解的情况，机械臂执行任务时，需要根据目标规划机械臂笛卡尔空间或关节空间轨迹，作为机械臂目标给定信号进行控制。如何简洁高效的从逆解多解中选择最合适的一组解，并依次规划时间及空间最优的轨迹，在理论研究和实践应用上都非常备受关注。
2、现有的从关节空间中多个逆解中选取最优解方法一般是选择这些逆解中距机械臂在关节空间中当前位置最近的一组解，具体做法是比较所有关节角大小并乘以权重再排序，如优先级最高的逆解不可用，再选取优先级次高的逆解，并以此类推。但受机械臂奇异性的影响跨奇异点的解往往会造成规划轨迹异常，且从逆解与机械臂当前位置在关节空间的距离特征无法直接分辨该逆解与与机械臂当前位置是否被奇异位隔开，一旦选到类似解并使用将严重影响机械臂运动的稳定性，一般表现为规划出的轨迹在空间中的运动异常复杂，引发极大的安全风险。
技术实现思路
1、本申请提供一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选方法及装置，简洁高效，具备快速从与ur机械臂相同构型的六自由度机械模的目标位置下多组逆解中选择最
2、本申请第一方面实施例提供一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选方法，包括以下步骤：
3、根据机械臂结构，确定所述机械臂各关节的dh参数表；
4、根据所述dh参数表，建立运动学正解数学模型，以根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿；
5、根据机械臂结构和所述dh参数表建立运动学逆解数学模型，以根据机械臂末端位姿计算机械臂对应关节角度，并根据所述运动学逆解数学模型计算目标位置下的所有逆解；
6、根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机器人奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，并为每个奇异值赋予权重，将权重乘以对应的奇异值并相加得到总奇异值，在每一组逆解对应的总奇异值中选择与预设奇异值相等逆解，将所选取的逆解作为最终筛选结果。
7、可选地，在本申请的一个实施例中，所述机械臂为六轴机械臂，根据所述dh参数表，建立用于根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿的运动学正解数学模型为：
8、所述机械臂第i个关节中心位姿相对于第i-1个关节中心位姿以矩阵形式表示为：
9、
10、其中，r(zi-1,θi)为绕轴zi-1转动角度θi的旋转矩阵，zi-1为第i-1个关节的旋转轴，θi为机械臂的第i个关节角，t(0,0,di)为由di计算的位姿变换矩阵，di为机械臂的第i个连杆偏距，t(ai,0,0)为由ai计算的位姿变换矩阵，ai为机械臂的第i个连杆长度，r(xi,αi)为绕轴xi转动角度αi的旋转矩阵，xi为第i个关节的连杆扭转轴，αi为机械臂的第i个连杆扭角，t(ai,0,di)为由ai、di计算的位姿变换矩阵；
11、机械臂末端位置位姿为：
12、
13、并有：
14、
15、则运动学正解数学模型为：
16、
17、其中，为已知的第i个关节中心或者末端位姿矩阵，θ＝[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6]为机械臂各关节角度。
18、可选地，在本申请的一个实施例中，在利用运动学逆解数学模型计算机械臂对应关节角度时，利用第二行行为定矩阵为[0,0,1]的特点，先求得关节1，5，6角度，再求得关节2，3，4的角度。
19、可选地，在本申请的一个实施例中，所述六轴机械臂包括肩奇异点，肘奇异点，腕奇异点，其中，在肩奇异点，机械臂末端中心位于第一第二关节轴线所确定平面时，关节1角度无法求解；在肘奇异点，机械臂关节3角度为0或者pi时，机械臂解数量有且只有一个；在腕奇异点，机械臂关节5角度为0或pi时，关节6角度无法求解；根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机械臂奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，包括：
20、计算所述机械臂每组逆解的奇异值，逆解值记为θi；
21、设每个关节取值范围为-pi到pi，根据肩奇异点，肘奇异点，腕奇异点原理，计算肩奇异值：
22、
23、其中，？为三元运算符，不等式成立则取:左侧值，否则取右侧值；
24、计算肘奇异值：
25、sigvalueelbel＝θ2>3.14||(θ2<0&&θ2>-3.14)？1∶0
26、其中，&&为逻辑与运算符；
27、计算腕奇异值：
28、sigvaluewrist＝θ4>3.14||(θ4<0&&θ4>-3.14)？1∶0。
29、可选地，在本申请的一个实施例中，每个奇异值的权重系数最低为1，成以2为倍数的等比数列。
30、本申请第二方面实施例提供一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选装置，包括：
31、确定模块，用于根据机械臂结构，确定所述机械臂各关节的dh参数表；
32、第一建立模块，用于根据所述dh参数表，建立运动学正解数学模型，以根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿；
33、第二建立模块，用于根据机械臂结构和所述dh参数表建立运动学逆解数学模型，以根据机械臂末端位姿计算机械臂对应关节角度，并根据所述运动学逆解数学模型计算目标位置下的所有逆解；
34、计算筛选模块，用于根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机械臂奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，并为每个奇异值赋予权重，将权重乘以对应的奇异值并相加得到总奇异值，在每一组逆解对应的总奇异值中选择与预设奇异值相等逆解，将所选取的逆解作为最终筛选结果。
35、可选地，在本申请的一个实施例中，所述机械臂为六轴机械臂，根据所述dh参数表，建立用于根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿的运动学正解数学模型为：
36、所述机械臂第i个关节中心位姿相对于第i-1个关节中心位姿以矩阵形式表示为：
37、
38、其中，r(zi-1,θi)为绕轴zi-1转动角度θi的旋转矩阵，zi-1为第i-1个关节的旋转轴，θi为机械臂的第i个关节角，t(0,0,di)为由di计算的位姿变换矩阵，di为机械臂的第i个连杆偏距，t(ai,0,0)为由ai计算的位姿变换矩阵，ai为机械臂的第i个连杆长度，r(xi,αi)为绕轴xi转动角度αi的旋转矩阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂为六轴机械臂，根据所述dh参数表，建立用于根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿的运动学正解数学模型为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用运动学逆解数学模型计算机械臂对应关节角度时，利用第二行行为定矩阵为[0,0,1]的特点，先求得关节1，5，6角度，再求得关节2，3，4的角度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述六轴机械臂包括肩奇异点，肘奇异点，腕奇异点，其中，在肩奇异点，机械臂末端中心位于第一第二关节轴线所确定平面时，关节1角度无法求解；在肘奇异点，机械臂关节3角度为0或者pi时，机械臂解数量有且只有一个；在腕奇异点，机械臂关节5角度为0或pi时，关节6角度无法求解；根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机械臂奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每个奇异值的权重系数最低为1，成以2为倍数的等比数列。p>
6.一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述机械臂为六轴机械臂，根据所述dh参数表，建立用于根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿的运动学正解数学模型为：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在利用运动学逆解数学模型计算机械臂对应关节角度时，利用第二行行为定矩阵为[0,0,1]的特点，先求得关节1，5，6角度，再求得关节2，3，4的角度。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述六轴机械臂包括肩奇异点，肘奇异点，腕奇异点，其中，在肩奇异点，机械臂末端中心位于第一第二关节轴线所确定平面时，关节1角度无法求解；在肘奇异点，机械臂关节3角度为0或者pi时，机械臂解数量有且只有一个；在腕奇异点，机械臂关节5角度为0或pi时，关节6角度无法求解；根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机械臂奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，包括：
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，每个奇异值的权重系数最低为1，成以2为倍数的等比数列。
...【技术特征摘要】
1.一种基于ur机械臂奇异性的六轴机械臂逆解筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂为六轴机械臂，根据所述dh参数表，建立用于根据机械臂关节角计算机械臂各关节中心以及末端位姿的运动学正解数学模型为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用运动学逆解数学模型计算机械臂对应关节角度时，利用第二行行为定矩阵为[0,0,1]的特点，先求得关节1，5，6角度，再求得关节2，3，4的角度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述六轴机械臂包括肩奇异点，肘奇异点，腕奇异点，其中，在肩奇异点，机械臂末端中心位于第一第二关节轴线所确定平面时，关节1角度无法求解；在肘奇异点，机械臂关节3角度为0或者pi时，机械臂解数量有且只有一个；在腕奇异点，机械臂关节5角度为0或pi时，关节6角度无法求解；根据机械臂结构和所有逆解结果，总结机械臂奇异位置数量与特征，计算每一组逆解的所有奇异值，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每个奇异值的权重系数最低为1，成以2为倍数的等比数列。
【专利技术属性】
技术研发人员：韦磊，
申请(专利权)人：亿嘉和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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