[发明专利]一种机械臂控制精度协同优化方法

权利要求书

1.一种机械臂控制精度协同优化方法，其特征在于，包括：

步骤一：对机械臂进行构型分析及正运动学分析；

步骤二：对机械臂的逆运动学进行分析；

步骤三：机械臂末端轨迹规划；

步骤四：机械臂关节空间轨迹规划；

步骤五：机械臂杆拓扑优化；

步骤六：控制参数协同优化；

步骤七：对比验证。

2.根据权利要求1所述一种机械臂控制精度协同优化方法，其特征在于：所述步骤一：对机械臂进行构型分析及正运动学分析，包括：根据实际六自由度轻型机械臂构型，建立该机械臂的机构简图，并利用标准D-H参数法建立机械臂的D-H坐标系。

3.根据权利要求1所述一种机械臂控制精度协同优化方法，其特征在于：所述步骤二：对机械臂的逆运动学进行分析，包括：

步骤2.1：

T60=A10A21A43A54A65=r11r12r13pxr21r22r23pyr31r32r33pz0001]]>

其中：₆⁰T-坐标系6到坐标系0的位姿变换矩阵；_i-1ⁱA-坐标系i到坐标系i-1的位姿变换矩阵；r_ij-姿态参数；p_i-位置参数。

令公式(1)

等式两侧(2，4)元素对应相等，求得：

公式(2)

式中

等式两侧(2，3)元素对应相等，求得：

θ₅＝±arccos[sin(θ₁)·r₁₃-cos(θ₁)·r₂₃]————————(3)

公式(3)等式两侧(2，1)(2，2)元素对应相等，求得：

θ6=Atan2(-sin(θ1)·r12+cos(θ1)·r22sin(θ5),sin(θ1)·r11-cos(θ1)·r21sin(θ5))---(4)]]>

步骤二2.2：

令公式(5)

等式两侧(1，4)(3，4)元素对应相等，求得：

θ2=Atan2(G4E42+F42,±1-G42E42+F42)-Atan2(E4,F4)----(6)]]>

其中：

E₄＝d₅·s₆·c₁·r₁₁+d₅·s₆·s₁·r₂₁+d₅·c₆·c₁·r₁₂+d₅·c₆·s₁·r₂₂+c₁·p_x+s₁·p_y

F₄＝d₅·s₆·r₃₁+d₅·c₆·r₃₂+p_z-d₁

G4=a32-E42-F42-a22-2a2]]>

式中s_i代表sin(θ_i)，c_i代表cos(θ_i)；

步骤2.3：

令

等式两侧(1，3)(2，3)元素对应相等，求得：

θ3+θ4=Atan2(F5-sin(θ5),E5-sin(θ5))(θ5≠kπ,k=-1,0,1)]]>

其中：E₅＝c₂·c₁·r₁₃+c₂·s₁·r₂₃+s₂·r₃₃

F₅＝-s₂·c₁·r₁₃-s₂·s₁·r₂₃+c₂·r₃₃补充其他相应数学符号含义

等式两侧(1，4)(2，4)元素对应相等，求得：

θ₃＝Atan2(H₆,G₆)

补充其他相应数学符号含义

其中：

E₆＝c₂·c₁·p_x+c₂·s₁·p_y+s₂·p_z-s₂·d₁

F₆＝-s₂·c₁·p_x-s₂·s₁·p_y+c₂·p_z-c₂·d₁

G6=E6-a2+d5·F5sin(θ5)a3]]>

H6=F6-d5·E5sin(θ5)a3]]>

在上述的逆运动学求解过程中，关节角度θ₁、θ₂、θ₅均有两组解析解，因此该型机械臂的逆运动学有八组解析解。