[发明专利]一种桁架多臂机器人运动支链分解与拓扑结构表示方法

说明书

本发明涉及一种桁架多臂机器人运动支链分解与拓扑结构表示方法，包括以下步骤：1)以多条机械臂与桁架的交汇点作为次基座；2)从次基座开始，分别对所有第一类机械臂进行支链的拓扑结构表示；3)在第二类机械臂中选择其中的一条机械臂，与桁架的移动副组合为一条单开支链，并从基座开始对该支链进行拓扑结构表示；4)在第二类机械臂中从次基座开始，对除步骤3)所选机械臂外的其余所有机械臂分别进行支链的拓扑结构表示；5)赋予每条支链不同的序号，形成整体的拓扑结构表示。与现有技术相比，本发明能够对一体式移动桁架多臂机器人进行有效解构，保证其具有正逆运动学解析解，具有适用性强、应用性好等优点。

技术领域

本发明涉及多臂机器人结构解析领域，尤其是涉及一种桁架多臂机器人运动支链分解与拓扑结构表示方法。

背景技术

常用的独立工业机器人一般有两大功能，即“移动”和“操作”，移动机器人的结构通常取决于机器人的工作环境，末端执行器是连接到机器人末端的工具，与环境进行交互。一般来说，移动机器人可分别承担陆地、空中/空间和海上的移动任务，操作机器人(机械臂)根据其末端执行器的职能不同负责不同类型的作业，近年来越来越多的任务采用“移动操作”机器人系统。

目前主流的工业机器人大部分是六自由度旋转关节型机器人，也称机械臂，这样的机械臂只能适应特定工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工装夹具，有时会因基座固定，工作空间有限难以满足使用要求，随着工业需求的复杂化，单个机械臂受自身性能的限制，难以完成复杂作业任务。

将多机器人系统和“移动操作”机器人系统的优势进行结合，集成移动桁架、多机械臂、多功能为一体的大型智能设备具有以下特征优势：

(1)灵活性好：从机器人本体的角度来说，多机器人系统可包含功能不同、相互独立的机器人，依靠彼此之间的组合，可使整个系统的适应性得以提升。

(2)分布性：从末端执行器的空间分布来说，多机器人系统在空间上以分布式排布，即多个机器人可以工作在空间的不同位置，有利于复杂作业任务的完成。

(3)效率高：从所需作业任务的角度来说，当复杂作业任务可以分解成若干相互作用的子任务，多机器人系统可以同时处理这些子任务，完成此类任务用时更短。

机器人结构解析实质是揭示其几何学与代数学的内在关联，需要机构学提供理论依据，建立机器人运动学模型并进行求解，现有的用于解析6自由度工业机械臂、高自由度冗余机器人、由多台简易低自由度(少于6自由度)机构集成的机器人或者相互独立的6自由度工业机械臂组成的多机器人的运动学分析方法，不能直接用于解析一体式移动桁架多臂机器人的运动学问题，针对这种新型的多臂机器人的结构解析，已有的文献尚没有对其进行针对性的研究，需要用清晰、合理的机构学方法对一体式移动桁架多臂机器人进行解析，以期获得解耦的且可以求得精确解的运动链及其运动学问题的解析解。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种桁架多臂机器人运动支链分解与拓扑结构表示方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种桁架多臂机器人运动支链分解与拓扑结构表示方法，包括以下步骤：

1)以多条机械臂与桁架的交汇点作为次基座；

2)从次基座开始，分别对所有第一类机械臂进行支链的拓扑结构表示；

3)在第二类机械臂中选择其中的一条机械臂，与桁架的移动副组合为一条单开支链，并从基座开始对该支链进行拓扑结构表示；

4)在第二类机械臂中从次基座开始，对除步骤3)所选机械臂外的其余所有机械臂分别进行支链的拓扑结构表示；

5)根据一体式移动桁架多臂机器人各末端的执行任务，赋予每条支链不同的序号，形成整体的拓扑结构表示。