[发明专利]一种通用型六自由度机械手逆解工程算法

说明书

本发明涉及机器人控制技术领域，针对机器人逆解算法提出的一种用空间几何知识求解的逆解算法。与常规的逆矩阵求逆解算法相比，大大提高了逆解的计算效率，并且降低了逆矩阵算法的复杂性。在具体求解过程时，先求出机器人腰部的转角，在机器人手臂上添加平面坐标系，进而将空间几何问题转化为平面几何问题来求解，降低了计算复杂程度，提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其是指一种通用型六自由度机械手逆解工程算法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人相关领域技术愈加的成为各国共同关注的课题。机器人在进行抓取等一系列工作时，需要对目标物的位置进行定位，然后再依据末端的位置进行计算，得到机器人各个轴的角度值。因此，求逆解过程及结果的准确性、可靠性是机器人控制技术的基础，同样也是实现机器人控制的一个重要因素。

目前很多都采用逆矩阵求解的方法，这会使计算复杂，且会有求解不直观、出现多解等缺点。

针对机器人工作环境的复杂情况，如果机器人的控制技术方面不可靠，将会引入不安全的因素。市面上的焊接机器人、打磨机器人等很多采用六自由度机器人。用逆矩阵求解方法，计算复杂；也有用空间几何算法求逆解，但对机器人结构有要求，没有达到通用的效果。

发明内容

本发明针对现有技术中的对特殊结构的机械手的空间解析几何逆解算法进行改进，使其对一般结构的六自由度机械手几何逆解算法都适用，进而提供实现机械手多关节联动的逆运动求解工程算法。

本发明通过以下技术方案实现该目的：

本发明提出的六自由度逆解算法没有采用逆矩阵方法求解，同时针对的是通用型六自由度机械手，把空间问题先转化为平面问题，简化求逆解步骤，该方法包括以下步骤

(1)确定实际的目标点P(X,Y,Z)进行抓取，且不考虑目标姿态问题。

(2)由于不考虑目标姿态的问题，将机械手的第4和第6关节的旋转固定，并且规定小臂与水平面的夹角一直为β，进而求θ₁、θ₂、θ₃、θ₅。

(3)求逆解时先转腰，求出θ₁，后面的求解即简化为了平面问题的求解。

(4)计算θ₂、θ₃、θ₅

进一步，所述步骤(1)中，目标点P(X,Y,Z)是由人工进行遥操作找点或者由机器人视觉提供。

进一步，所述步骤(2)、(3)中，不考虑姿态问题，将机械手的第4和第6关节的旋转固定，并且规定小臂与水平面的夹角一直为β，将目标点P(X,Y,Z)定位在机械手爪的中心，在机械手臂上固定一个平面坐标系{x,y}，为使先转腰求出θ₁后，将空间坐标系问题简化为平面坐标系问题解决，简化了计算。机械手臂上的平面坐标系{x,y}原点与机械手本身坐标系{X,Y,Z}原点重合，并且平面坐标系{x,y}的y轴也与空间坐标系{X,Y,Z}的Z轴重合，两坐标系的关系及相关参数如图1所示。

转腰后，根据空间几何知识易知，之后的问题求解便是在平面坐标系{x,y}中的求解，根据空间坐标系中的点P′、P″、P″′、；结合平面坐标系，可得各点在平面坐标系{x,y}中的表达式：

P(x₀,y₀):y₀＝Pz

P′(x₀′,y₀′):x₀′＝x₀-d₆*cosβ；y₀′＝y₀+d₆*sinβ