本发明专利技术公开了一种解耦型六自由度工业机器人的运动控制方法，该方法包括：（a）根据机器人所需实现的位姿，通过D-H模型法获得末端执行机构相对于基坐标系的位姿矩阵；（b）将机器人避开奇异形位时所能实现的正常位姿定义为不同的关节特性属性，并设定机器人实现所需的位姿时的关节特征属性组合；（c）根据位姿矩阵以及设定的关节特征属性组合及其取值条件，通过反变换法分别求得关于机器人各个关节变量的唯一解；（d）根据所求得的解，执行对六自由度工业机器人的关节运动，相应完成整体运动控制过程。通过本发明专利技术，具备可预知过奇异点路径、算法简单、反解速度快以及能较好地确定唯一解等优点，并能很好地应用于实际的工业机器人运动控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业机器人运动学
，更具体地，涉及。
技术介绍
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。从外形来看，它是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链结构。在机器人的运动控制中，需要根据给定的机器人末端执行器的位置和姿态，求解机器人各关节的关节变量，这个求解过程称为机器人的操作臂运动学反解。机器人的操作臂运动学反解是机器人离线编程和轨迹规划的前提，是机器人运动控制的基础。 在进行机器人操作臂运动学反解时，常遇到的一个问题为其解并非是唯一解。机器人操作臂运动学反解的数目一般取决于关节数目、连杆参数和关节变量的活动范围。对于全部为旋转关节的6自由度机器人来说，可能多达16种解，而对于解耦6自由度机器人(前三个关节为转动关节，后三个关节轴线相交于一点)来说最多有8种解。但每个机器人系统最终只能选择一个解，因此机器人的多解现象会给运动控制带来一些问题。运动学反解的选择没有统一的标准，在实际应用中，一般根据机器人实际结构选取其中最优的一组解(如行程最短、功率最省、受力最好、回避障碍等)，建立对反解值进行划分的规范。在不考虑避障的情况下，一个常用的比较合理的选择是选取“最短行程”的解，即在逆解空间中搜索每个关节变量都最小的一组解，相应可采用的搜索计算式为Min丨)2+ ( Θ 6_θ6，)2}其中，θ: θ6表示求出的多组反解，Θ/ θ6'表示各组解的平均值。在没有障碍物时，搜索到的最优逆解就是关节空间中最接近运动起始点的逆解。也常有人采用“多移动小关节、少移动大关节”的原则，在六轴机器人中，大关节一般指前三个关节，小关节一般指后三个关节，因此在逆解空间中选取前三个关节变量小、后三个关节变量大的一组逆解，可用下式进行判断(各变量意义与上式中相同)Max{(| θ4-θ4 ' | + |θ5_θ5 ' + I θ 6_ 6 ' I)/(I θ 1_ θ / I + I θ 2_ θ 2' I + I θ 3_ θ 3' ) }可以看出，现有技术中的机器人运动学反解方法的算法都比较复杂，因此具有运算量大、实现不易的缺点。在CN200810106444. 8的专利申请中，公开了一种六自由度机器人运动学CORDIC算法协处理器及其相应的处理方式，其中通过采用CORDIC算法替代了传统的通过计算大量超越方程才能完成机器人运动学正反解计算，使大量的超越方程计算过程简化为只需要通过加法、减法、和移位等这些硬件便于实现的操作，从而大大提高了协处理器的计算速度；然而，其协处理器包括运算模块、逻辑模块及大量输入输出接口，虽然算法简单但实现较繁琐。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和技术需求，本专利技术的目的在于提供，该方法具有可预知过奇异点路径、算法简单、反解速度快，以及能较好地确定唯一解等优点，并能很好地应用于实际的工业机器人运动控制中。按照本专利技术，提供了，该六自由度工业机器人包括底座、腰部回转部件、大臂、小臂、手腕部件和末端执行机构，并通过第一关节完成机器人腰部的回转运动，通过第二、第三关节分别执行大臂和小臂的俯仰动作，以及通过第四至第六关节共同执行末端执行机构的位姿操作，所述方法包括下列步骤(a)根据对机器人末端执行机构所需实现的位置和姿态，通过D-H模型法获得末端执行机构相对于基坐标系的位姿矩阵7 :权利要求1.，该六自由度工业机器人包括底座、腰部回转部件、大臂、小臂、手腕部件和末端执行机构，并通过第一关节完成机器人腰部的回转运动，通过第二、第三关节分别执行大臂和小臂的俯仰动作，以及通过第四至第六关节共同执行末端执行机构的位姿操作，所述方法包括下列步骤 Ca)根据对机器人末端执行机构所需实现的位置和姿态，通过D-H模型法获得末端执行机构相对于基坐标系的位姿矩阵P2.如权利要求I所述的运动控制方法，其特征在于，所述反变换法求解机器人各个关节变量的过程具体包括以下步骤 (cl)根据表达式Θ ^Atar^by, px),求出关于关节变量Θ :的两个解,并依照所设定的所述关节特征参数cfgl，从这两个解中获得关于关节变量Θ ,的唯一解； (c2)利用步骤(Cl)所求得的关于关节变量Θ i的唯一解，并根据以下表达式组求出关于关节变量Θ 3的两个解，并依照所设定的所述关节特征参数Cfg2，从这两个解中获得关于关节变量Θ 3的唯一解全文摘要本专利技术公开了，该方法包括(a)根据机器人所需实现的位姿，通过D-H模型法获得末端执行机构相对于基坐标系的位姿矩阵；(b)将机器人避开奇异形位时所能实现的正常位姿定义为不同的关节特性属性，并设定机器人实现所需的位姿时的关节特征属性组合；(c)根据位姿矩阵以及设定的关节特征属性组合及其取值条件，通过反变换法分别求得关于机器人各个关节变量的唯一解；(d)根据所求得的解，执行对六自由度工业机器人的关节运动，相应完成整体运动控制过程。通过本专利技术，具备可预知过奇异点路径、算法简单、反解速度快以及能较好地确定唯一解等优点，并能很好地应用于实际的工业机器人运动控制。文档编号B25J13/00GK102785248SQ20121025537公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日专利技术者叶伯生, 唐小琦, 宋宝, 沈雅琼, 熊烁, 郭显金 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种解耦型六自由度工业机器人的运动控制方法，该六自由度工业机器人包括底座、腰部回转部件、大臂、小臂、手腕部件和末端执行机构，并通过第一关节完成机器人腰部的回转运动，通过第二、第三关节分别执行大臂和小臂的俯仰动作，以及通过第四至第六关节共同执行末端执行机构的位姿操作，所述方法包括下列步骤：（a）根据对机器人末端执行机构所需实现的位置和姿态，通过D？H模型法获得末端执行机构相对于基坐标系的位姿矩阵T60=T10T21T32T43T54T65=nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz0001---(1)该位姿矩阵中各个元素分别如以下表达式组（2）所示，其中c1~c6、s1~s6分别依次表示机器人各个关节变量θ1~θ6的余弦值和正弦值，c23、s23分别表示关节变量θ2与θ3之和的余弦值和正弦值，a1~a3分别表示机器人第一、第二和第三关节各自与其相邻的下一关节之间的轴线距离，d4表示第四关节与末端执行机构之间的距离：第三关节轴线和第四、五关节轴线交点之间的距离：nx=c1[c23(c4c5c6-s4s6)-s23s5c6]+s1(s4c5c6+c4s6)ny=s1[c23(c4c5c6-s4s6)-s23s5c6]-c1(s4c5c6+c4s6)nz=s23(c4c5c6-s4s6)+c23s5c6ox=c1[c23(-c4c5c6-s4c6)+s23s5s6]+s1(c4c6-s4c5s6)oy=s1[c23(-c4c5c6-s4c6)+s23s5s6]-c1(c4c6-s4c5s6)oz=s23(-c4c5c6-s4c6)-c23s5s6ax=c1(c23c4s5+s23c5)+s1s4s5ay=s1(c23c4s5+s23c5)-c1s4s5az=s23c4s5-c23c5px=c1(a1+a2c2+a3c23+d4s23)py=s1(a1+a2c2+a3c23+d4s23)pz=a2s2+a3s23-d4c23---(2)（b）将机器人避开奇异形位时所能实现的正常位姿定义为不同的关节特性属性cfg1、cfg2和cfg3，并设定机器人末端执行机构实现所需的位姿时的关节特征属性组合，其中所述关节特性属性所代表的意义和取值条件分别如下：cfg1表示当机器人手腕部件的中心点分别处于第一参考平面左右两侧时的状态，并且满足cfg1=1,c1px+s1py≥00,c1px+s1py<0,所述第一参考平面是以机器人第一关节的转动轴线与第二关节的轴线平行线两者所构成的平面；cfg2表示机器人手腕部件的中心点分别处于第二参考平面左右两侧时的状态，并且满足cfg2=1,tanθ3≥d4/a30,tanθ3<d4/a3,θ3∈(-π,π),所述第二参考平面是以机器人大臂和第三关节的轴线所构成的平面；cfg3表示机器人手腕部件的中心点分别处于第三参考平面左右两侧时的状态，并且满足cfg3=1,θ5<00,θ5≥0,θ3∈(-2π,2π),所述第三参考平面是以机器人小臂和第五关节的轴向所构成的平面；（c）根据步骤（a）所获得位姿矩阵、以及步骤（b）所设定的关节特 征属性组合及其取值条件，通过反变换法分别求得关于机器人各个关节变量θ1~θ6的唯一解；（d）根据所求得的各个关节变量的解，执行对六自由度工业机器人的关节运动，相应完成所需位姿的运动控制过程。FDA00001920585000011.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶伯生，熊烁，郭显金，唐小琦，宋宝，沈雅琼，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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