[发明专利]一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法

权利要求书

1.一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将球面关节机器人简化为空间运动链模型；

步骤2：布置球面关节双臂机器人空间位置并建立空间直角坐标系，并分别从y轴负向、x轴负向及z轴正向对空间运动链模型的三维模型进行投影，获得前视图、左视图和俯视图，在前视图、左视图和俯视图中，当两臂与固定端连接关节的连线与水平坐标轴之间出现夹角δ时，δ为锐角，通过将投影几何图形绕原点顺时针或逆时针旋转与δ相同的角度，使之重合；

步骤3：建立各关节空间直角坐标系，建立各关节空间直角坐标系，以各关节中心为坐标原点按右手准则建立直角坐标系，令各个关节直角坐标系坐标轴的方向与空间直角坐标系坐标轴的方向一致，各关节空间直角坐标系坐标轴的方向不随关节旋转运动的过程变化，通过三自由度球面关节的配合，驱动连杆绕x轴、y轴或z轴做旋转运动，每个连杆的状态用一组转角序列表示(ω，ξ，κ)，ω、ξ、κ分别用杆件在yz、xz、xy平面内的投影与y、z、x轴正方向的夹角来表示，按右手法则来确定旋转角的正向，杆件末端点在各自空间坐标系的坐标为(x,y,z)，每个关节仅保留一个自由度工作，杆件末端点与转角序列间的关系有：

其中：l为杆件末端点的z轴坐标；

步骤4：划分协调运动过程，减少运动过程分段；

步骤5：选择投影面，按照顺序，针对每一运动过程选择投影面，并根据几何投影制定协调运动方案；

步骤6：在几何投影协调运动的过程中，根据工作任务预先设定主动臂运动规划，根据工作任务结合主动臂运动规划确定从动臂运动规划；

步骤7：完成该协调运动过程后，重新计算参数模型，获得投影模型，并根据下一协调运动过程特点选择新的投影面，制定协调运动方案，所述投影模型的双臂各关节及执行器末端在投影面上的坐标计算公式如下：

其中：α、β、γ、μ、λ、η为平面协调运动规划时控制两臂的运动的驱动变量；

θ为执行器末端连线与y轴的夹角；

a、e表示平面投影中，大臂关节与原点距离；

b、c、d、f、g、h分别表示各连杆在平面投影的长度；

步骤8：重复所述步骤6和所述步骤7，直至完成全部协调运动过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，所述步骤1中，各关节简化为球面副，作为机器人的驱动，球面关节具有三自由度驱动，各关节通过配合实现空间任意位姿，机械臂简化为直线连杆，作为各球面副的连接，两臂均为开链结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，所述步骤1中，两臂由n个三自由度球面关节及n个直线连杆组成，n为大于0的任意整数，各关节简化为球面副，作为机器人的驱动。

4.根据权利要求1所述的一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，所述步骤2中，球面关节双臂机器人空间位置的条件为：取两臂与固定端连接关节连线中点为坐标原点，按右手法则建立空间直角坐标系，使两臂的工作空间分别位于相对的象限空间内，避免双臂机器人投影发生干涉，通过该坐标系分别获得前视图、左视图和俯视图的几何模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，所述步骤4中，划分协调运动过程，在一个平面内进行运动规划时，该平面内的连杆投影长度不变，且其他平面的投影可实时计算，并在一个工作平面内完成指定运动，再计算连杆实时参数，以得到在下一个工作平面内的投影，继续在下一个工作平面内完成指定运动，并对运动过程进行编号，并按顺序进行完成协调运动操作。

6.根据权利要求1所述的一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，其特征在于，所述步骤5中，投影面上的平面几何模型是空间坐标系下三维模型的投影，各连杆在平面内的实时数学模型通过在各关节坐标系下的连杆数学模型计算获得。