[发明专利]一种七轴工业机械臂的逆运动学求解方法

说明书

本发明实施例提供了一种七轴工业机械臂的逆运动学求解方法，根据每两个离散点得到第一关节角的变化趋势得到离散点集合中每一点对应的第一关节角的值；采用每个离散点的末端位姿矩阵，获取第五或第六姿态的坐标原点，再求出第三姿态的坐标原点，求出第二关节角；根据第四关节角、第四关节角的第一特征角以及第四关节角的第二特征角之间的条件关系求解第四关节角；由关于第一关节角、第二关节角、第四关节角的方程以及第三关节角的两个等式，求出第三关节角；获取第四姿态的坐标原点坐标，求出第六关节角的特征角，根据第六关节角的特征角求解第六关节角；根据第六关节角的求解结果，分情况求解第五关节角和第七关节角；具有很好的通用性。

技术领域

本发明涉及一种七轴工业机械臂的逆运动学求解方法，尤其涉及七轴工业机械臂的建模方法。

背景技术

在现有技术中七轴工业机械臂的逆动学求解方法有如下两种：

现有技术的方法如二次规划法，几何分析法以及位姿分解方法等，

现有技术的方法(一):二次规划法在祖迪，吴镇炜的《一种冗余机器人逆运动学求解得有效方法》中描述的较为详细，具体参见《机械工程学报》,2005,41(06):71-75；。该方法重点在首先利用雅可比矩阵以及梯度投影法求出一组关节角，在二次计算时固定其中一个角度来求解剩余关节角；

对于方法(二)所述：几何分析法在崔泽，韩增军的《基于自运动的仿人七自由度机械臂逆解算法》中描述的较为详细，具体参见《上海大学学报(自然科学版)》,2012,18(06):589-595。该方法重点在自运动构型的基础上，以0坐标系为其他坐标系的基系，根据同一向量在不同坐标系之间的投影特性与关节角之间存在着的对应关系，实现对七自由度机械臂逆运动学的求解；

对于方法(三)所述：位姿分解方法在潘博，付宜利的《面向冗余机器人实时控制的逆运动学求解有效方法》所述比较详细，具体参见《控制与决策》,2009,24(2):176-180。该方法针对具有球形手腕的7自由度机械臂结构特点，采用位姿分离的方法，将7自由度问题降为4自由度位置冗余问题以及3自由度姿态问题，在此基础之上再利用梯度投影法进行逆运动学的求解。

在现有的三种方案中，上述现有技术中的的缺点为：

方法(一)所述方法中梯度投影法中，自运动放大系数k选取为常数，第一需要经过反复的计算机仿真通常才能确定一个k值，同时固定k值，缺少机器人运动优化能力，常导致机器人关节角震荡。同时二次计算虽然精度高但是运算量大，实时性差；

方法(二)虽然利用自运动轨迹和几何方法可以求解逆运动学，但是该方法只适用于两杆之间存在轴线平行于连杆的转动副的情况，即存在横滚转动副的七自由度机器人才能够如此简化，不具有很强的通用性；

方法(三)利用位姿分解能简化逆运动学的求解，同方法二一样也限制于机械臂的构型，不具有很好的通用性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种七轴工业机械臂的逆运动学求解方法，本发明提供了如下方案，包括：

步骤1、将虚拟机械臂末端执行器任务设定的起始点和终止点中间对应的位置离散化，获取离散点；

步骤2、建立第一关节角和第七姿态的坐标原点的平面方程，根据每两个离散点得到第一关节角的变化趋势，根据所述变化趋势得到离散点集合中每一点对应的第一关节角的值；

其中，第一平面坐标系为基座底部坐标点、第零姿态的坐标原点以及第一或第二姿态的坐标原点构成的平面；

步骤3、采用每个离散点的末端位姿矩阵作为初始末端位姿矩阵T，根据矩阵变换获取第五或第六姿态的坐标原点，再确定位姿矩阵，根据位姿矩阵求出第三姿态的坐标原点；根据第五或第六姿态的坐标原点和第三姿态的坐标原点的距离方程式，求出第二关节角；