[发明专利]双臂协作机器人的运动学模型建立方法

权利要求书

1.双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：

步骤一、构建双臂并联机器手的连杆坐标系；

步骤二、以D-H表示方法描述机器人坐标系统双臂并联机器手坐标系统；

步骤三、求解各关节的位置和姿态信息；

步骤四、基于Matlab的轨迹规划与仿真。

2.根据权利要求1所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤一”中采用双臂并联机器手的右臂来作为对象构建的连杆坐标系。

3.根据权利要求1所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤二”中相邻杆件间的位置与姿态用4×4的齐次变换矩阵描述，见式2.1：

通过D-H矩阵经过变化得到相邻之间连杆变换通式^i-1T_i为式2.2：

其中：a_i-1、α_i-1、d_i和θ_i是坐标系i-1和i之间的相对位置参数；

把所有连杆变换^i-1T_i(i＝1，2，…n，为关节号数)依次相乘后，得到末端的坐标系{n}相对于坐标系{0}的总的矩阵变换通式：⁰T_n＝⁰T₁¹T₂…^n-1T_n。(式2.3)。

4.根据权利要求3所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤二”中包括正向运动学求解，并利用D-H表示方法求解机器人运动学正解。

5.根据权利要求4所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：正向运动学求解的正向运动学方程表示为：

式中：-机器人末端位姿矩阵；-关节i到关节i+1的位姿变换矩阵；n-X轴方向的向量；o-Y轴的方向的向量；a-Z轴方向的向量。

6.根据权利要求5所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：

左臂相邻关节坐标系的位姿变换矩阵如下；

右臂相邻关系坐标系的位姿变换矩阵如下；

通过运用以下公式：即求出机械臂末端坐标系相应于基座标的变换矩阵；运动学正解关系为：

f(r)＝t(r)

其中：t表示末端位置，r表示关节角。

7.根据权利要求6所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：利用D-H表示方法求解机器人运动学正解中，由式2.2和2.3得到的末端位姿的变化矩阵⁰T₇，⁰T₇即为关节变量θ₁，θ₂…θ₇的函数；进而算出各个连杆的变换矩阵以及机器人末端连杆坐标系相对基坐标系的位置。

8.根据权利要求7所述的双臂协作机器人的运动学模型建立方法，其特征在于：“步骤四”中对机器人用计算机进行运动轨迹仿真，首先设置好相应的机器人对象；在MatlabRobotics工具箱中构建机器人重点就是构建各个关节，在构建关节时，用SerialLink函数将每个关节连接起来，组成机器人结构模型；构建完成后，通过teach函数来驱动机器人的运动，通过控制滑块的位置可以实现关节的转动和移动；

在关节空间中，对机器人的末端做出规划，而关节空间运动轨迹规划，则可以使用函数jtraj来表示，函数jtraj的调用格式为[q，qd，qdd]＝jtraj(qz，qn，t)，从qz到qn的两个位姿之间进行平滑插值，得到一个关节空间结构设计路迹，q、qd、qdd分别为规划的角位移、角速度和角加速度，t为时间。