一种模块化机械臂的快速通用运动学建模方法与流程

文档序号：11830760阅读：来源：国知局

技术特征：

1.一种模块化机械臂的快速通用运动学建模方法，其特征在于，所述方法包括：

依据模块化机械臂组件的结构尺寸，获得所需机械臂组件节点参数值；

依据模块化机械臂装配构型，获得机械臂搭建参数值；

依据机械臂组件节点参数值及搭建参数值，利用通用建模方法，获得机械臂运动学坐标系转换矩阵，完成运动学建模。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模块化机械臂组件的节点参数值至少包括：

组件节点类型，分为基座节点、连接件节点、转动关节节点、移动关节节点以及末端执行器节点；

单元信息组合，单元信息组合是一个单元信息的集合，它记录节点内所包含的各个子单元信息。单元是指一个不存在自由度的无相对运动关系的单独部件。根据节点类型，转动和移动关节节点包含两组单元信息，其余节点类型仅包含一组单元信息；

单元间安装参数，如果某一个节点包含两个单元，则单元间安装参数负责记录两个单元间的安装角度值或偏移值。除了基座节点内单元的基系连接端口通过设定安装位姿明确安装关系，其余类型节点内单元连接端口的标准安装方式为：两端口绑定坐标系z轴相反，偏移值为沿z轴正向两端口坐标系原点距离，安装角度为绕z轴正向旋转的两端口坐标系的x轴夹角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单元信息至少包括：

可连接端口信息组合，是可连接端口信息的集合，每条信息负责记录各可连接端口相对于基系的齐次变换矩阵

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂搭建参数值至少包括：

机械臂节点间安装角度，通过机械臂的初始构型获取，为两节点内所包含的单元间安装参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通用建模方法包括：

若为基座节点，运动学坐标系转换矩阵T_k计算如下。

T_k＝Tran(x,y,z)·Rot(α,β,γ)

其中，T_k用于记录存在相对运动关系的两个坐标系间的初始运动学坐标系转换矩阵；Tran(x,y,z)表示坐标系分别沿x、y、z轴方向移动x、y、z米；Rot(α,β,γ)表示按照欧拉角方式进行姿态变换。

若为转动/移动关节节点，关节节点的单元一的安装矩阵T_a计算如下式所示。

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其中，代表所在机械臂上一单元的安装矩阵；表示上一单元输出端口相对于基系的变换矩阵；表示本单元输入端口相对于上一单元输出端口的变换矩阵；表示表示本单元基系相对于输入端口的变换矩阵。

而转动/移动关节节点的单元二的安装矩阵T_a计算如下式所示。

T_a＝E(4,4)

其中，E(4,4)表示单位阵。

由于该节点为带有运动副的节点，因此单元二需要记录运动学坐标系转换矩阵，即其基系相对于上一运动学坐标系的转换矩阵。则T_k矩阵计算如下式。

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若为连接件节点，其安装矩阵T_a计算如下

若为末端执行器节点，其安装矩阵T_a计算如下

则根据运动学坐标系转换矩阵T_k，完成机械臂运动学建模。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述为：

若单元间存在转角，则计算如下式所示。

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其中，θ表示绕z轴旋转角度。

若单元间存在偏移，计算如下式所示。

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其中，z表示沿z轴偏移量。

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