高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法与流程

文档序号:37583667发布日期:2024-04-18 12:08阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:运动学建模模块根据机械臂构型建立各关节坐标系关系,将第1关节坐标系沿着基坐标系z0轴移动d1距离,第2关节坐标系按第1关节坐标系绕z1轴旋转-90°,再绕y1轴旋转90°,第3关节坐标系按第2关节沿x2轴平移a2距离,再沿y2轴平移d3距离,绕y2轴旋转-90°,再绕x2轴旋转90°;第31关节坐标为固定关节角添加的虚拟坐标,与第三关节坐标系原点重合,再由第3坐标系绕z3轴旋转90°,并绕x3轴旋转-90°,第四关节坐标系按第3关节坐标系沿y3轴的反方向移动d4距离,绕y3轴旋转-90°,再绕x3轴旋转-90°;第5关节坐标系按第4关节坐标系沿x4轴移动a4距离,绕z4轴旋转-180°,再绕x4轴旋转-90°;第6关节坐标系按第5关节坐标系沿x5轴平移a5距离,再沿y5轴移动平移d6距离,绕z5轴旋转-90°,最后绕y5轴旋转-90°;第7关节坐标系由第6关节坐标系沿y6轴反方向移动d7距离,绕x6轴旋转-90°。

3.根据权利要求2所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:逆运动学解析算法基于d-h参数表建立连杆坐标系间的齐次变换方程,并根据变换方程计算出末端执行器的工具坐标系相对于基坐标系的齐次坐标变换矩阵满足公式(1):

4.根据权利要求1所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:基于步骤s2,机械臂工作设定通过阻尼最小平方法中参数的选择完成冗余机械臂的关节限位,寻找最优解的任务,确定关联自由度间的数值关系;将八自由度的高空特种机械臂逆运动学求解简化成七个未知变量的求解,根据机械臂绝缘段结构和材料的特殊性进一步简化成6个未知变量的矩阵方程求解。

5.根据权利要求1所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:基于步骤s3、冗余分解模块根据绝缘臂受力最优的高空特种机械臂的绝缘杆主要受到末端抓具的重力fg和液压缸活塞杆的支撑力fp,将fg和fp沿着绝缘杆的方向进行力的分解,得到平行于绝缘杆方向的分力fgx、fpx和垂直与绝缘杆方向的分力fgy、fpy,

6.根据权利要求1所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:基于步骤s4、确定待定参数模块,齐次关系矩阵等式与给定绝缘臂臂俯仰角theta5求解相关关节角的函数解;齐次关系矩阵与给定角θ5求解绝缘臂摆动关节角θ6和抓手旋转关节角θ7的函数解

7.根据权利要求6所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:确定待定参数模块求解抓手旋转关节角θ7的解析式,选取机械臂连杆的齐次关系矩阵等式(7)两端元素的(3,1)和(3,2),建立等式方程:

8.根据权利要求7所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:基于步骤s5、逆运动学解析算法根据齐次关系矩阵等式与已知关节角求解其他关节角的函数解;将齐次关系矩阵(7)两端同时乘得出新矩阵等式(17):

9.根据权利要求8所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:逆运动学解析算法求解绝缘臂底座回转角θ4的解析式,选取矩形等式(7)两端元素的(2,3)和(2,4),建立等式方程:

10.根据权利要求9所述的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,其特征在于:逆运动学解析算法求解伸缩臂俯仰关节角θ2的解析式,选取矩形等式(7)两端元素的(3,4)和(1,4),建立等式方程:


技术总结
本发明公开的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法,涉及工机业器人分析,采用如下步骤:S1:基于冗余自由度机器人自运动流形,建立简洁直观的D‑H坐标系关系;S2、运动学建模模块建立各关节坐标系关系和连杆坐标系间的齐次变换方程;S3、冗余分解模块构建同时具备7个旋转关节与1个平移关节高空特种机械臂模型,将一个8自由度机械臂简化成7个自由度;S4、确定待定参数模块基于绝缘杆受到末端抓具的重力Fg和液压缸活塞杆的支撑力Fp,求解相关关节角函数解;S5、逆运动学解析算法基于绝缘段受力下的关节冗余分解,计算关节角度解析式,完成基于绝缘段受力最优的高空特种机械臂逆运动学求解。

技术研发人员:陈钦柱,陈川刚,黎康
受保护的技术使用者:海南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/4/17
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