[发明专利]一种关节机器人运动学建模方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人建模领域，尤其涉及一种关节机器人运动学建模方法。

背景技术

机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历了50余年的发展已经取得了长足的进步，在机器人应用领域，机器人运动学问题的研究是进行机器人运动轨迹规划、运动仿真的重要基础。

传统机器人的运动学建模方法为在机械臂各关节处建立直角坐标系，然后确定相邻直角坐标系间的转换矩阵，而后将得到的所有转换矩阵相乘最终获取末端工具坐标系至基座坐标系的转换矩阵，从而确定末端坐标系在基座坐标系内的位置和姿态。其中最为经典的建模方法为DH法，该方法通过一系列规定在机器人机械臂各关节上建立坐标系，采用四个变量描述机器人机械臂之间的变化关系，该方法建立坐标系的过程过于繁杂，且计算量过大，相对于多自由度机器人，这个问题更加突出。

发明内容

本发明实施例提供一种关节机器人运动学建模方法，旨在解决DH建模法建立坐标系的过程过于繁杂，且计算量过大的问题。

本发明是这样实现的，一种关节机器人运动学建模方法，所述方法包括如下步骤：

输入末端执行器相对于基座坐标系水平面的倾斜角；

根据各机械臂臂长及所述倾斜角，利用运动学逆解获取机械臂各关节及基座的转角；

根据所述机械臂各关节及所述基座的转角，利用运动学正解获取所述末端执行器相对于所述基座坐标系的变换矩阵。

在本发明实施例通过末端执行器相对于基座坐标水平面的倾斜角及机械臂杆长，利用运动学逆解获取机械臂各关节及基座的转角，再利用运动学正解获取末端执行器相对于基座坐标系的姿态和位置，此建模方法推导过程简单明了，通俗易懂，便于编程，适用于实际。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机器人运动学建模方法的流程图；

图2是发明实施例提供的3机械臂剖视图；

图3是本发明实施例提供的根据机械臂各关节及基座的转角及机械臂的杆长获取末端执行器相对于基座坐标系的变换矩阵的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例通过末端执行器相对于基座坐标水平面的倾斜角及机械臂杆长，利用运动学逆解获取机械臂各关节及基座的转角，再利用运动学正解获取末端执行器相对于基座坐标系的姿态和位置，此建模方法推导过程简单明了，通俗易懂，便于编程，适用于实际。

图1为本发明实施例提供的一种机器人运动学建模方法的流程图，详细如下：

步骤S110，输入末端执行器相对于基座坐标系水平面的倾斜角；

在本发明实施例中，操作人员根据机器人进行作业的需要来设定末端执行器相对于基座坐标系水平面的倾斜角，可选取的角度范围为0°到360°。

步骤S120，根据各机械臂的臂长及末端执行器相对于基座坐标系水平面的倾斜角，利用运动学逆解获取机械臂各关节及基座的转角；

在本发明实施例中，机器人机械臂的数量3≤L，目前机器人机械臂的最佳数量为3个，当机械臂数量小于3时，不存在末端执行器可控状态，设计上不会选择，机械臂数量越多，末端可控状态较多，也更加理想，但设计需要考虑增加的重量及机构传动等，不利于投资节省。

在本发明实施例中，当机械臂的数量L＝3时，求解F点到O点的逆解坐标方程组，以获取F点到O点之间机械臂各关节及基座的转角；

当机械臂数量3＜L≤6时，依次求解出F点到P点、P点到O点的逆解坐标方程组，以获取O点到F点之间机械臂各关节及基座的转角；

其中，O点基点坐标系的原点，F点为末端执行器，P点为中间关节点(当L＝5时，P点为第二或第三关节点)。

图2为3机械臂剖视图，以机械臂数量为3举例进行说明求解F点到O点的逆解坐标方程组，以获取F点到O点之间机械臂各关节及基座的转角的具体推算过程：

设定输入末端执行器相对于基座坐标系水平面的倾斜角为45°，即θ₁+θ₂+θ₃＝π/4，建立逆解坐标方程组：