说明书提供了一种如摘要附图所示的六自由度工业机器人的逆解解算方法-中轴穿越逆解法。中轴穿越是指6自由度工业机器人在运动过程中末端执行器与关节L分别位于关节S两侧。算法应用于解决六自由度工业机器人在工作空间内运动时各关节角位移值的解算问题。该逆解解算是顺序解算法，即关节角位移值的解算按照S→L→U→B→R→T的顺序进行，因此解算关节S的角位移值是整个逆解算法的关键。发生中轴穿越时利用末端执行器的位置参数计算出的关节S的角位移值与实际值相差π，因此判断中轴穿越条件是本逆解算法的中心任务。本算法给出了中轴穿越的判别式，利用该式可以确定关节S的实际角位移值，进而使得其他关节角位移值的计算成为可能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及エ业机器人控制的轨迹规划算法，尤其针对常用六自由度エ业机器人以及具有相同结构的机械类部件运动学控制。
技术介绍
エ业机器人是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、航空、航天、工程机械、IC装备、军エ等众多行业，应用领域非常广泛。与人工作业相比，采用エ业机器人不仅可提高产品的质量，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度也有着十分重要的意义。エ业机器人控制器是机器人核心部件，是决定机器人功能和性能的关键因素。轨迹规划是将运动路径和轨迹转化为机器人控制器能够接受的控制序列，是机器人控制器的核心。轨迹规划所涉及的エ业机器人运动学逆解是解决机器人空间位姿的关键步骤。运动学逆解是在已知末端执行器——腕点(关节R、B、T轴线的交点)空间位姿的情况下，求解出关节变量，是对机器人进行有效控制所必须的功能。运动学逆解存在多重解的问题，而控制系统只能选择其中的一組解，如何选择解是系统控制的关键。如图1所示的六自由度エ 业机器人末端执行器在笛卡尔坐标空间运动吋，末端执行器的每ー个位置对应着八组关节变量，但是实际上最终只能确定一組值作为机器人的逆解。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种具有如图1所示结构特征的六自由度エ业机器人逆解解算原则——中轴穿越法，以确定六自由度エ业机器人的关节位置。本方法的特点是对于机器人工作空间中任意给定的位姿，通过判断腕点是否穿越中轴线来确定一組关节变量。本算法适用于如图1所示的六自由度关节型エ业机器人在工作空间内运动时各关节变量的解算问题，所适用的エ业机器人结构有如下特点关节S、R、T的轴线共面；关节 R、B、T的轴线相交于一点；关节L、U相互平行且垂直于关节S、R、T的轴线所确定的平面。如图1所示的六自度关节型エ业机器人在工作空间中运动时，机器人的位置和姿态可以分为两类第一类是如图2-1所示，末端执行器在中轴线内側，表示发生了中轴穿越；第二类是如图2-2所示，末端执行器在中轴线外側，表示没有发生中轴穿越。六自由度エ业机器人逆解选择的关键就是判断中轴穿越是否发生，进而解算并选择出六个关节变里。本算法的优点在于①适用范围广。凡具有如图1所示结构的机器人都可以运用本逆解算法对工作空间中的位置和姿态进行解算。②算法结构简単。由于本算法可以根据机器人末端执行器的位置将机器人在工作空间的位置分为中轴线内侧和中轴线外側，只要知道末端执行器的位置，可以逐一确定关节变量。附图说明图1中轴穿越法适用的六自由度关节型エ业机器人结构、关节坐标系、关节变量定义方法。本算法所适用的エ业机器人结构有如下特点具有六个关节自由度；腕部的三个旋转自由度共点，即关节R、B、T的轴线相交于一点——腕点。定义坐标系Ctl为參考坐标系，C1 C6为关节坐标系，Q1-Q6分別为关节S、L、 U、R、B、T的关节变量；如图1所示变量ei 96的值分别为0、-31/2、0、0、0、0。图2末端执行器位于中轴线内、外侧及中轴穿越的定义方法。定义关节S的轴线为中轴线；关节L坐标系C1的坐标原点与关节R坐标系C4 (或者关节B坐标系C5、关节T坐标系C6)的坐标原点位于中轴线的两侧时为末端执行器在中轴线的内侧称之为中轴穿越，反之为外侧称之为未中轴穿越。图3腕点相同位置所对应的关节L和关节U的不同位置。具体实施例方式步骤ー计算关节坐标间的齐次变换矩阵。权利要求1. ー种6自由度关节型エ业机器人逆解解算方案；其特征体现在固定或移动六自由度关节型エ业机器人，通过判断腕点(关节R、B、T轴线的交点)是否穿越中轴线(关节S轴线)，确定关节S的变量值，进而求出关节L、U、B、 R和T的变量值；末端执行器在參考坐标系Ctl中的位置和姿态參数来计算关节S的变量值 Q1进而顺序计算出关节L、U、B、R或T的变量值θ2、θ3、θ5、θ4或θ6;下面给出算例假设连杆1的杆长为^，末端执行器在參考坐标系Ctl中的位置參数为 P(PX，Py，Pz)，(0,0.(ム2” 0⑴若式⑴成立， θ J = Atan2p , px⑵否则，θ ！ = Atan2-py, -px (3)运用式( 或C3)所得θェ以及末端执行器的位置參数，得到公式 θ 2 = Atan2 (pxcos θ j+p^in θ「a” ρζ) 士 Δ θ 2 (4) 来计算关节L的角位移值θ2，其中，Δ 认=arccosa22 + (Px cos θ, + py Sin^1 -a,)2 + pz2 - (a{ + d42) 2a2j(px Cosdl + py Sin^1 -a,)2 + p;(5)θ2的符号选择依据就近原则；运用式⑵或⑶所得θェ以及腕点的位置參数，得到公式 6>3 =冗-Δ仗-ズtan^或<93 = -{π - Αθ3 + ^tan^)O2O2(6)来计算关节υ的角位移值Θ3，其中，AO3 = arccosa22 + {a,2 +d42)- ((px cos θ, + py sin θ, -a,)2+ pz2)Ia1-^a3" + d4(V)θ 3的选择依据Δ θ 2的符号，若 θ 2 = Atan2 (pxcos θ ^pySin θ「a” ρζ) + Δ θ 那么θ3 = π- Αθ3 -Atm⑶ Λα)(9)若θ 2 = Atan2 (PxCos θ ^pySin θ「a” ρζ)-Δ θ 那么(10)(H)利用Θ” Θ2、Θ 3及腕点的位置參数，得到公式θ 5 = 士arccos (_axcos θ lSin ( θ 2+ θ 3) -aysin θ lSin ( θ 2+ θ 3) +azcos ( θ 2+ θ 3)) (12)θ5的符号选择依据就近原则； 利用θ” θ2、θ3、θ 5及腕点的姿态參数，得到公式全文摘要说明书提供了一种如摘要附图所示的六自由度工业机器人的逆解解算方法-中轴穿越逆解法。中轴穿越是指6自由度工业机器人在运动过程中末端执行器与关节L分别位于关节S两侧。算法应用于解决六自由度工业机器人在工作空间内运动时各关节角位移值的解算问题。该逆解解算是顺序解算法，即关节角位移值的解算按照S→L→U→B→R→T的顺序进行，因此解算关节S的角位移值是整个逆解算法的关键。发生中轴穿越时利用末端执行器的位置参数计算出的关节S的角位移值与实际值相差π，因此判断中轴穿越条件是本逆解算法的中心任务。本算法给出了中轴穿越的判别式，利用该式可以确定关节S的实际角位移值，进而使得其他关节角位移值的计算成为可能。文档编号G05D3/12GK102566593SQ20111044193公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日专利技术者卢小东, 王田苗, 陈友东, 魏洪兴 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈友东，卢小东，魏洪兴，王田苗，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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