[发明专利]双臂协作机器人的运动学模型建立方法

说明书

本发明公开了一种双臂协作机器人的运动学模型建立方法，包括构建双臂并联机器手的连杆坐标系；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；求解各关节的位置和姿态信息；基于Matlab的轨迹规划与仿真；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；相邻杆件间的位置与姿态用4×4的齐次变换矩阵描述；机器人右臂关节1、2、3、4、5的角位移、角速度和角加速度随时间的变化曲线都持续稳定。

技术领域

本发明属于机器人领域。

背景技术

智能机器人的控制需要计算机来提供协助，随之时代与科技的发展，使人与机器人的交互模式发生了很大的变化，由更为直观、便捷、灵敏的人体动作来控制人工智能机器人，这种方式被更广泛应用；

由于双臂机器人所具有的优越性能，多家机器人企业都开始研制具备工作能力的双臂机器人；双臂协作机器人，是指一种由二条七自由度机械手臂所构成的双臂型工业机器人，并在二腕末端装有夹持工具，手臂间也可以配合进行相应工作，并能够进行人机协同；

目前，国外对于工业机器人协同运动规划方面的研究成果较多，且大多聚焦于流体学约束和运动路径规划等方面，而对于冗余度机器人的研究成果则多表现在探测定位算法和轨迹规范，而关于冗余度机器人的高灵活性和在协同运动计划时考虑运动学的研究成果也不多见。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双臂协作机器人的运动学模型建立方法，使机器人在整个运动过程中具有极好的稳定性能。

技术方案：为实现上述目的，本发明的双臂协作机器人的运动学模型建立方法：

步骤一、构建双臂并联机器手的连杆坐标系；

步骤二、以Denavit-Hartenberg(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。

进一步的，“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。

进一步的，“步骤二”中相邻杆件间的位置与姿态可以用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)

进一步的，“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。

进一步的，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。

进一步的，左臂相邻关节坐标系的位姿变换矩阵如下；