[发明专利]九自由度机器人的运动驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人运动控制学，特别涉及一种九自由度机器人的运动驱动方法。

背景技术

随着科学技术与生产力的不断发展，机器人在各个领域的应用更为广泛，如在大的汽车生产厂商的生产车间中，机器人的应用随处可见。在多数情况下，人们需要机器人能够完成所指定的动作，如汽车生产过程中的焊接，这种用于研究机器人如何运动的学科被称为机器人运动学。机器人运动学可分两类：正向和逆向。正向运动学所要解决的问题是已知机器人的关节空间Q(θ)＝[θ₁，θ₂，…，θ_n]，求机器人末端位置和姿态。逆向运动学所要解决的问题是已知机器人末端位置和姿态，求其关节空间。与正向运动学相比，逆向运动学的解并非唯一，且其求解过程更为复杂。

在现有技术中，已经提出了多种逆向运动学的求解方法，如在参考文献1“先进机器人控制，谭民，教育出版社，2007年5月”中所提到的投影法、解析法。这些方法在现有的6自由度工业机器人(也被称为完全自由度机器人，该机器人上的关节类似于人体的腰关节、肩关节、肘关节和腕关节)中已经得到了应用，工业机器人也正是依赖于这些方法才能快速、精确地完成机械动作。

现如今，除了传统的工业生产领域，在摄影领域中应用机器人也已经成为可能。带有摄像头的机器人在一些特殊场景中，如危险性很高的场景，有着广泛的应用前景。而且由机器人完成摄像动作与人工相比也有平稳、不易发生抖动等优点。但考虑到摄影行业从业人员，如导演，不太可能具有机器人控制的相关知识，因此应用于摄影领域的机器人需要向用户提供一个简单、易操作的接口，用户通过该接口输入有限信息后，机器人应当能够根据这些信息在规定的时间内完成规定的动作，实现预定的姿态。例如，导演在一个触摸屏上输入几个要求摄像机镜头到达的关键点以及摄像机到达这些关键点的时间，机器人应当就能够根据这些信息带动摄像头实现相应的轨迹，并且进一步生成要完成上述轨迹的关节空间。此外，由于运动空间的限制，完全自由度的6自由度机器人不能满足摄像机器人的空间需求。譬如：绕镜头的无限旋转等操作不能通过6个自由度实现，所以为了满足摄像过程中绕自身的旋转和特殊的拍摄需求需要在摄像机器人的腕关节后添加了2个自由度，并且在所有关节前添加了一个滑动自由度以增加机器人的运动空间。因此摄像机器人需要采用9自由度的机器人。

正是因为摄影领域中的机器人的上述特点，使得现有技术中的逆向运动学求解方法无法直接应用到9自由度的摄影机器人中。

发明内容

本发明的目的是克服现有的逆向运动学求解方法无法直接应用到9自由度的摄影机器人中，从而提供一种能够快速、高效的机器人运动驱动方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机器人的运动驱动方法，所述机器人包括有9个自由度，在所述机器人的移动关节有第一自由度，肩关节有第二自由度，肘关节有第三自由度，腕关节有第四自由度，手关节有第五、第六、第七自由度，自转关节有第八和第九自由度；该方法包括：

步骤1)、利用用户提供的所述机器人的末端手在笛卡儿空间中多个点上的位置与姿态的信息，实现所述机器人末端手的运动轨迹规划与姿态规划，得到机器人末端手在整个驱动过程中的位置以及机器人末端手在整个驱动过程中的姿态；

步骤2)、由步骤1)得到的机器人末端手的位置信息求解某一时间点所述机器人从第一自由度到第六自由度的关节空间，由步骤1)得到的机器人末端手的姿态信息求解所述时间点上所述机器人从第七自由度到第九自由度的关节空间；所得到的九个自由度的关节空间用于驱动机器人的运动。

上述技术方案中，还包括：

步骤3)、利用步骤2)所得到的所述机器人在若干个时间点上的九个自由度的关节空间信息做仿真，根据仿真结果从所述若干个时间点上的九个自由度的关节空间信息中选取较佳值作为控制点。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的运动轨迹规划包括：

用户提供的所述机器人的末端手在笛卡儿空间中多个点上的位置信息做曲线拟合，得到至少一条运动轨迹曲线。

上述技术方案中，所述的曲线拟合采用B样条曲线法，或贝塞尔曲线法，或B样条曲线与贝塞尔曲线结合的方法。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的姿态规划包括：

步骤a)、将笛卡儿空间中两个已知姿态信息的相邻点分别作为起始位置与目标位置，将所述起始位置与目标位置的姿态信息由欧拉角的形式修改为四元数的形式，分别用Q₁和Q₂表示；