[发明专利]四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法

权利要求书

1.一种四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法，所述四自由度关节型机器人包括底座、腰关节、水平滑块、水平导轨、竖直滑块、竖直导轨、腕关节、末端执行器、前大臂、后大臂、连杆、小臂；

所述腰关节可水平回转的设置于所述底座上，所述水平导轨和所述竖直导轨均连接于所述腰关节，从而在所述腰关节的带动下回转，所述水平滑块能够沿所述导轨移动，所述竖直滑块能够沿所述竖直导轨移动；

所述前大臂的一端通过铰接点C铰接于所述水平滑块，另一端通过铰接点E铰接于所述小臂的中部；

所述后大臂的一端通过铰接点A铰接于所述竖直滑块，另一端通过铰接点D铰接于所述小臂的一端；

所述连杆的一端通过所述铰接点C铰接于所述水平滑块，所述连杆的另一端通过铰接点B铰接于与所述后大臂的中部；

其中，通过所述铰接点C、铰接点B、铰接点D和铰接点E，使得所述前大臂和后大臂之间形成闭合的平行四连杆机构；

所述小臂的另一端通过铰接点F与所述腕关节连接，所述末端执行器可水平回转的设置于所述腕关节上；

其中，所述前大臂与X轴正方向的夹角为α，所述小臂与X轴负方向的夹角为β；BD＝CE＝b，AB＝a，AD＝a+b，DE＝c，EF＝d；腰关节回转角度为θ₁，末端执行器的回转角度为θ₂；

所述求解方法包括如下步骤：

步骤1：建立动坐标系O-XZ，以所述竖直滑块的起始位置为坐标原点O，所述铰接点A、铰接点C、铰接点B、铰接点E和铰接点F的坐标依次为A(0，Z_A)，C(X_C，0)，B(X_B，Z_B)，E(X_E，Z_E)，F(X_F，Z_F)，建立铰接点A、铰接点C、铰接点B、铰接点E和铰接点F的坐标方程；

步骤2：根据所述机器人的运动学解耦特性，获得铰接点F(X_F，Z_F)与铰接点A(0，Z_A)和铰接点C(X_C，0)之间的位置关系坐标方程，使其满足在动坐标系O-XZ所在的平面内实现水平方向和竖直方向上的运动解耦；

步骤3：建立基座坐标系O₀-X₀Y₀Z₀，以腰关节位置为基座坐标系的原点O₀；所述原点O₀为所述坐标原点O沿X轴方向偏移位移d₁和沿Z轴方向偏移位移d₂，所述末端执行器的底面中心点O_N为坐标F(X_F，Z_F)沿X轴方向偏移位移d₃和沿Z轴方向偏移位移d₄；通过运动学正求解获得所述末端执行器的底面中心点O_N在基座坐标系O₀-X₀Y₀Z₀中的位置正解(X_ON，Y_ON，Z_ON)和速度正解

步骤4：求解回转角度θ₁和θ₂，利用位置正解(X_ON，Y_ON，Z_ON)和速度正解获得水平滑块和竖直滑块的位置逆解X_C、Z_A、速度逆解以及所述腰关节的速度逆解

2.根据权利要求1所述的四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法，其特征在于，所述步骤2中的铰接点A、铰接点C、铰接点B、铰接点E和铰接点F的坐标方程如下：

3.根据权利要求1所述的四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法，其特征在于，所述满足在动坐标系O-XZ所在的平面内实现水平和竖直方向上的运动解耦的条件为臂长a·d＝b·c。