本发明涉及机器人控制，特别涉及一种scara类机器人运动学逆解方法及系统。
背景技术：
1、运动学逆解是通过给定机器人在空间中的位置和姿态，求解出实现这一位置和姿态所需的关节变量的过程。其能够使机器人根据任务需求，精确地计算出机器人各个关节的位置和角度，从而实现预期的运动轨迹和姿态。
2、scara机器人是一种专为装配作业设计的工业机器人，其一般具有三个旋转关节和一个移动关节，适合在二维平面上进行快速、精确作业，如电子元器件的装配、放置等。计算scara机器人的运动学逆解，是scara机器人走笛卡尔空间路径如直线、圆弧等的必要条件。然而，对于一般的scara机器人，其运动学存在多个逆解，若想计算得到全部逆解，需要考虑scara机器人在该末端姿态下其他关节的所有解，因此其计算过程比较繁琐。同时，对于因丝杠花键轴导致第三关节和第四关节耦合运动的scara机器人，由于关节耦合导致的动态效应会使该scara机器人的运动学逆解求解困难。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题为：提供一种scara类机器人运动学逆解方法及系统，从而可以对因丝杠花键轴导致第三关节和第四关节发生耦合运动的scara机器人进行运动学逆解的求解，以及减少在scara机器人运动学逆解求解过程中的情况划分，减少逆解个数，从而提高scara机器人运动学逆解的计算效率。
2、本发明采用的一个技术方案是：提供一种scara类机器人运动学逆解方法，包括以下步骤：
3、s1：配置scara机器人各关节的运动范围；
4、s2：根据当前末端位姿，构建各关节的运动学俯视图；
5、s3：根据当前末端位姿，确定第二关节和第四关节的配置变量；
6、s4：根据当前末端的位置和姿态角，以及第二关节和第四关节的配置变量，求解每一关节的位置或姿态。
7、进一步的，在所述s1步骤之中，包括以下子步骤：
8、s11：配置第一关节和第二关节的旋转范围为(-180，180)度；
9、s12：配置第三关节的移动范围为(-d，d)，其中d为正数，单位为毫米；
10、s13：配置第四关节的旋转范围为(-180×n，180×n)度，其中n为正整数。
11、进一步的，在s2步骤之中，包括以下子步骤：
12、s21：在运动学俯视图中，将连接第一关节和第二关节的第一臂记为oe，将第一臂的长度记为a1；
13、s22：在运动学俯视图中，将连接第二关节和第四关节的第二臂记为et，将第二臂的长度记为l2；
14、s23：在运动学俯视图中，将第一关节和第四关节之间的连线记为ot，长度记为l。
15、进一步的，在s3步骤中，包括以下子步骤：
16、s31：将第二关节的配置变量记为configa2，其中a2表示第二关节的旋转角度，若a2＞0，configa2取值为﹢1，若a2＜0，configa2取值为-1；
17、s32：将第四关节的配置变量记为configa4，其中a4表示第四关节的旋转角度，configa4取整数，将a4的旋转角度所属区间记为(-180+configa4×360，180+configa4×360)度。
18、进一步的，在所述s4步骤中，还包括以下子步骤：
19、s41：输入末端位置和姿态角，将末端位置记为t＝[tx,ty,tz]，将姿态角记为tc，其中tx，ty，tz分别表示末端位置的笛卡尔空间三轴坐标；
20、s42：利用余弦定理计算∠oet，并根据∠oet以及configa2，计算第二关节的旋转角度a2；
21、s43：计算绕z轴旋转到的弧度∠rz，根据∠rz计算根据计算根据计算第一关节的旋转角度a1；
22、s44：根据末端姿态角tc、第一关节的旋转角度a1、第二关节的旋转角度a2以及第四关节的配置变量configa4，计算第四关节旋转角度a4；
23、s45：根据末端z轴坐标tz、第四关节旋转角度a4以及第三关节的螺距pitch，计算第三关节移动距离a3。
24、进一步的，在所述s42步骤中，包括以下子步骤：
25、s421：利用余弦定理计算∠oet，具体公式可表示为：
26、
27、其中，∠oet表示第一臂oe与第二臂et之间的夹角；
28、s422：根据∠oet以及configa2，计算第二关节的旋转角度a2，具体公式可表示为：
29、a2＝configa2*(π-∠oet)；
30、其中，π表示π弧度，即180度。
31、进一步的，所述s43步骤之中，包括以下子步骤：
32、s431：计算绕z轴旋转到的弧度∠rz，具体公式可表示为：
33、
34、∠rz＝configa2*(∠ote-π)；
35、其中，∠ote表示ot与te之间的夹角；
36、s432：根据∠rz计算具体公式可表示为：
37、
38、
39、其中，rotz(θ)表示绕z轴旋转θ角度的变换矩阵；
40、s433：根据计算根据计算第一关节的旋转角度a1，具体公式可表示为：
41、
42、其中，表示向量在y轴的分量，表示向量在x轴的分量。
43、进一步的，所述s44步骤中计算过程的具体公式可表示为：
44、a4＝tc-a1-a26configa4*2*π；
45、其中，tc表示末端姿态角、a1表示第一关节的旋转角度、a2表示第二关节的旋转角度以及第四关节的配置变量configa4。
46、进一步的，所述s45步骤中计算过程的具体公式可表示为：
47、a3＝tz-a4*pitch；
48、其中，pitch表示第三关节的螺距。
49、为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种scara类机器人运动学逆解系统，包括：
50、参数配置模块，用于配置scara机器人各关节的运动范围；
51、运动学俯视图构建模块，用于根据当前末端位姿，构建各关节的运动学俯视图；
52、关节变量计算模块，用于根据当前末端位姿，确定第二关节和第四关节的配置变量；
53、关节位姿计算模块，用于根据当前末端的位置和姿态角，以及第二关节和第四关节的配置变量，求解每一关节的位置或姿态。
54、本发明的一种scara类机器人运动学逆解方法及系统，至少具有如下有益效果：本发明通过一种scara类机器人运动学逆解方法，能够对因丝杠花键轴导致第三关节和第四关节发生耦合运动的scara机器人进行运动学逆解的求解，以及减少在scara机器人运动学逆解求解过程中的情况划分，减少逆解个数，使得其求解过程编码简单，易于实现，从而提高scara机器人运动学逆解的计算效率。