[发明专利]自主机器人机械臂控制参数计算方法和系统

说明书

本发明涉及机器人技术领域，提供一种自主机器人机械臂控制参数计算方法及系统，该方法通过机械臂连接关系建立链路坐标系，再由机械臂的机械手末端工作点P点在坐标系中的运动轨迹数据确定机械手末端随时间变化的位置、姿势数据，依次逆向迭代计算第n节机械臂关节位置、姿势数据；最终在各自链路坐标系中构建以时间为自变量的运动轨迹，再计算得到每一节机械臂关节驱动电机控制参数，应用该方法和系统，能够解决机械臂正向设计过程中需要建立多个动力学方程，且末端机械手姿态和位置难以精确估计的问题，从而能够减少计算复杂度和计算时间，提高整个机器人系统设计效率和末端机械手执行的姿态和位置精度。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自主机器人机械臂控制参数计算方法和系统。

背景技术

机器人机械手(Robot Manipulator，RM)属于机器人执行机构，是机器人完成特定任务的关键所在；机器人机械臂由由旋转接头连接的多个杆组成，每个关节都构成了一个自由度，从固定机械臂的底部开始，依次是腰椎关节、肩关节、肘关节和腕关节，最后一个腕关节连接到末端机械手，形成一个完整的机械臂；机械臂如何快速、准确、平稳地把握物体一直是机器人领域研究的难点，其融合了控制理论、运动学和人机交互等多个学科，在机械臂的设计和研究中，机械臂设计往往与整体动态性能有不可分割的联系，特别在汽车制造、自动化生产等领域，对于提高和促进机器人技术扮演着举足轻重的作用。

CN113638747A公开了一种末端载置装置、机械臂及喷浆机器人，末端载置装置包括机架，用于末端载置装置在机械臂上的安装；摆件，一端通过球铰链连接于所述机架，侧面用于载置所述喷头；曲柄，该曲柄的一端与摆件的另一端铰接；另一端铰接于所述机架；驱动装置，驱动所述曲柄绕曲柄与机架间的铰接点旋转；机械臂包括大臂，该大臂基于与喷浆机器人底盘间的第一摆转副而具有摆转的自由度；小臂，通过第二摆转副连接于大臂的末端，且第二摆转副的轴线与第一摆转副的轴线平行；其中，小臂的末端用于安装所述末端载置总成。

由于机器人整个系统设计过程中，需考虑硬件、软件、运动学等方面，在各子系统设计过程中，耦合干涉较多，难以快速高效地设计出符合需求的机器人系统。

发明内容

在机器人系统大量的设计实践中，应用机械臂动力学分析时，仅仅以机械臂的空间位移随时间的函数，且考虑各关节变量与机械臂末端机械手的位置和姿态之间的关系往往造成计算量大，难以设计出符合要求的末端机械手姿态和位置，且造成在笛卡尔坐标系中末端机械手精度不够等一系列问题。

有鉴于此，本发明旨在提出一种自主机器人机械臂控制参数计算方法，该自主机器人机械臂控制参数计算方法包括，

步骤S1，根据自主机器人机械臂连接关系建立链路坐标系，确定两个相邻链路坐标系之间的齐次坐标变换矩阵T；

步骤S2，由机械臂底座建立静态直角坐标系O-xyz，对应地在运动平台上建立运动直角坐标系O'-x'y'z'，机械臂的机械手末端工作点P点的坐标系P-p_xp_yp_z；

步骤S3，由机械臂的机械手末端工作点P点在坐标系P-p_xp_yp_z中的运动轨迹数据确定机械手末端随时间变化的位置数据集Q₁(t)和姿势数据集S₁(t)；

步骤S4，从机械手末端工作点P点开始，依次根据第n-1节机械臂关节位置数据集Q_n-1(t)和姿势数据集S_n-1(t)，经过齐次坐标变换矩阵计算第n节机械臂关节位置数据集Q_n(t)和姿势数据集S_n(t)；