专利名称：一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人运动学的求解方法，具体地讲，尤其是涉及一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法。
背景技术：
目前，对六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法是将机器人各轴旋转角度设为变量带入正运动学方程fih, O2,03,04, e5,06) = 0JlT23T3JtTlT
中，根据矩阵乘法原理T。= Ta Tb，其中Tb = (Ta)-1 T。可推导出运动学方程
权利要求
1.一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，当机器人连杆的后三个关节的轴线交于一点时，其步骤包括 (1)建立连杆坐标系将机器人连杆放入坐标系，固定端为基坐标，依次往后的六个关节轴旋转角度分别设为变量Q1, θ2，θ3，θ4，θ5，θ6； (2)利用几何法，即根据Paden-Kahan子问题思想建立与后三个关节相关的函数SubProb_3R(l4, ξ5，ξ6, p, q)求解 Θ 4，θ 5，θ6 的值，其中 ξ 4，ξ 5，ξ 6 为三个零节距的单位运动旋量，P，q为空间两点； (3)利用矩阵乘法变换
2.根据权利要求I所述的一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，所述步骤⑵中，ξ4，ξ5，16的三个空间转轴之间的关系是ξ4空间垂直于15和ξ6，ξ5空间平行于I6;对θ4，θ5，θ6三个旋转角度的求解包括对一个单轴旋转角度θ6的求解和对一个双轴旋转角度Θ 4，Θ 5的求解。
3.根据权利要求2所述的一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，对一个单轴旋转角度96的求解步骤包括 (1)设d为转轴上一点，定义
4.根据权利要求3所述的一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，对一个双轴旋转角度θ4，05的求解步骤包括 (1)假定将点P绕给定轴I5旋转Θ5，再绕给定轴ξ 4旋转Θ 4到点q重合； (2)令屮是转轴ξ4上的任一点，由距离保持不变原则得到 ,则Ije6^s — Qill = 5，令 q2 是转轴 ξ 5 上任一点，并定义 U = (3)将上述两点向垂直于转轴ξ5的平面做投影，并定义U',Vr为u，v在垂直于转轴ξ 5的平面上的投影，则
5.一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，当机器人连杆的后三个关节的轴线不交于一点时，其步骤包括 (1)建立连杆坐标系将机器人连杆放入坐标系，固定端为基坐标，依次往后的六个关节轴旋转角度分别设为变量Q1, θ2，θ3，θ4，θ5，θ6；(2)假设06为已知值，利用几何法和代数消元法求取θρθ2，θ3，θ4，θ5得到Q1=β 1 θ 2 = β 2, Q3 = β 3，Q4 = β 4，Q5 = β5，其中 βρ β2，β 3，β 4，β 5 为解析解表达式； (3)根据六自由度机器人运动学正解的求解公式，得到正解表达式
6.根据权利要求5所述的一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述优化算法为禁忌搜索法或爬山法。
7.根据权利要求6所述的一种六自由度串联机器人运动学逆解的求解方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括以下步骤 (5a)设Θ 6为具体数值； (5b)根据步骤(2) ⑷得到Y的值； (5c)对比I Y I与误差阈值σ的大小； (5d)若I Y I≤。，则该具体数值为Θ 6的数字解，若I Y I > O，则根据禁忌搜索法或者爬山法重新设定Θ 6为具体数值； (5e)重复执行步骤(5b) (5d)，直至得到符合要求的96的数字解，此时，该θ6对应的由步骤(2)得到的Q1, θ2，θ3，θ4，θ 5的值即为其相应的数字解。
全文摘要
本发明公开了一种六自由度串联机器人运动学逆解的方法，其步骤是(1)建立连杆坐标系，设定变量θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6；(2)设定初始位形；(3)利用几何法求解θ4，θ5，θ6；(4)利用代数消元法θ1，θ2，θ3；并在求非正交球型或者非正交非球型的末端结构时引入禁忌搜索法从而求解出相应的数字解。本发明构思巧妙，利用几何法和代数消元法综合求解，避免了任意构造方程导致方程系数行列式的秩小于阶数的问题，更高效准确地求解6个轴的解析解，且对于复杂机构的三角函数关系利用几何法可以有效地使用消元法将二元一次方程转化为一元一次，从而得到对应唯一的解析解。
文档编号G06F17/16GK102637158SQ201210131150
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者谷菲 申请人:谷菲