[发明专利]基于轴不变量多轴机器人D-H系及D-H参数确定方法

说明书

本发明公开了一种基于轴不变量的多轴机器人D‑H系及D‑H参数确定方法。定义一维的坐标轴由原点及单位基构成，是具有刻度的方向参考线，轴上的点的刻度即为坐标；轴不变量是参数化的自然坐标基，是多轴系统的基元，将固定轴不变量的平动与转动与其固结的坐标系的平动与转动等价；D‑H系统中的指标习惯遵从父指标；通过固定轴不变量确定D‑H系，确定中间点及D‑H系原点，得到单位坐标矢量；根据矢量的转动特性，得到姿态。本方法基于轴不变量的结构参数，不需要建立中间坐标系，避免了引入中间坐标系导致的测量误差，保证了D‑H系及D‑H参数确定的精确性。该方法对于提高机器人绝对定位及定姿精度具有重要的作用。

技术领域

本发明涉及一种多轴机器人D-H系及D-H参数确定方法，属于机器人技术领域。

背景技术

在机器人应用D-H系建模及D-H参数计算运动学逆解时，由于存在机加工及装配误差，导致机器人系统绝对定位及定姿精度远低于系统的重复精度；同时，现有技术中的D-H系建立及D-H参数确定过程较烦琐，当系统自由度较高时，手工完成这一过程可靠性低。因此，需要解决由计算机完成D-H系及D-H参数的确定问题。同时，高精度的D-H系及D-H参数是机器人进行精确作业的基础，也是“示教-再现”(Teaching and Playback)机器人向自主机器人发展的基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于轴不变量多轴机器人D-H系及D-H参数确定方法，不需要建立中间坐标系，避免了引入中间坐标系导致的测量误差，保证了D-H系及D-H参数确定的精确性，提高了机器人绝对定位及定姿精度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于轴不变量多轴机器人D-H系及D-H参数确定方法，其特征是，

定义一维的坐标轴l由原点O_l及单位基e_l构成，是具有刻度的方向参考线，轴l上的点S的刻度即为坐标；整体形式的基矢量e_l表示一个客观的单位方向，分量形式记为即由三个独立的有序符号组成，表示三个独立的自由度；是杆件l在D-H系下x轴的单位积，同理，杆件为l'时同理；

基矢量e_l是与F^[l]固结的任一矢量，同理，基矢量是与固结的任一矢量，轴不变量是F^[l]及共有的参考基；轴不变量是参数化的自然坐标基，是多轴系统的基元，将固定轴不变量的平动与转动与其固结的坐标系的平动与转动等价；

在系统处于零位时，以自然坐标系为参考，测量得到坐标轴矢量在运动副运动时，轴矢量是不变量；轴矢量及关节变量唯一确定运动副的转动关系；分别为连接杆件及杆件l的坐标轴矢量、运动副，其他杆件同理；

自然坐标系对应的D-H系记为F^[l']同理；运动副对应的轴记为即D-H系统中的指标习惯遵从父指标；

通过固定轴不变量确定D-H系，包括以下步骤：

确定中间点及D-H系原点O_l′，

【1】令和z_l′分别经过轴不变量和且其中，是的单位坐标矢量，的表达形式为投影符，表示矢量或二阶张量对参考基的投影矢量或投影序列，即坐标矢量或坐标阵列；

【2】定义为到的公垂线；

【3】得到其中是的单位坐标矢量；

【4】根据矢量的转动特性，得表示由到F^[l']的姿态，即由杆件转动至杆件l'。

步骤【3】中，

式中，是轴不变量的叉乘矩阵，是轴的单位坐标矢量，是轴的单位坐标矢量。