[发明专利]四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法

说明书

本发明公开了一种四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法，包括：步骤1：建立动坐标系O‑XZ，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：根据机器人的运动学解耦特性，获得铰接点F与铰接点A和铰接点C之间的位置关系坐标方程；步骤3：建立基座坐标系O₀‑X₀Y₀Z₀，通过运动学正求解获得中心点O_N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、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以及速度逆解可简化运动学求解降低了运动学分析的运算复杂度，使整个机器人的反解过程简单直观，提高机械手臂的关节角度精确的控制，提高机器人的安全性。

技术领域

本发明属于工业机器人制造技术领域，更具体地，涉及一种四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法。

背景技术

当今，为满足工业生产日益发展的需要，机器人正朝高速、重载及高精度的方向发展，码垛机器人以其在机械结构、适用范围、设备占地空间、灵活性、成本以及维护等方面的优势使其应用渐为广泛，并成为一种发展趋势，解决工业生产中存在的劳动强度大、效率低、安全性差等诸多弊端。

码垛机器人属于圆柱坐标机器人，包括由四个伺服电机分别驱动腰关节、垂直关节、水平关节和腕关节。逆运动学是解决药达成机器人所需要的姿势去设置的各个可活动关节的参数过程，例如，给定一个人体的三维模型，如何设置手腕和手肘的角度以便把手从放松位置变成挥手的姿势，这个问题在机器人学中是很关键的，因为操纵机械手臂通过关节角度来控制。逆运动学在游戏编程和三维建模中也很重要。

因此，有必要提出一种四自由度关节型机器人逆运动学的求解方法。

发明内容

本发明的目的是通过对四自由度码垛机器人各关节处位置和姿态进行求解，得到四自由度关节型机器人逆运动学的求解。

根据本发明提出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：