[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

说明书

本发明公开了一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，属于机器人技术领域，通过将复杂的、高度冗余的球面关节双臂机器人空间模型在空间直角坐标系中分别从y轴负向、x轴负向及z轴正向对三维模型进行投影，获得前视图、左视图和俯视图模型，运用平面几何方法综合斜率公式、插值法等对平面模型进行双臂协调；通过关节坐标系计算连杆的实时模型，便于下一工作过程继续运用几何投影计算，直至完成工作目标。本发明能够在特定的工况下实现对双臂机器人简单、快速的协调规划，同时为多解或无数解问题提供可靠的解决方案，这在一定程度上提高了双臂机器人的工作效率，能够提高工作的准确性，充分发挥双臂机器人的工作特点。

技术领域

本发明涉及一种机器人协调运动方法，特别是涉及一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，属于机器人技术领域。

背景技术

在航天航空、复杂加工、精密装配等特殊工况下，双臂或多臂机器人凭借工作空间大、承重能力强、冗余可操作、可协调作业等优点，可实现单臂机器人无法完成的作业而越来越受重视，球面关节具有三自由度驱动，可通过配合实现空间任意位姿，故球面多关节双臂机器人具有更加柔性、灵巧和协作化的特点，可满足不断涌现的新需求。

运动分析与规划是机器人动作控制的基础，高效实用的规划算法是实现双臂机器人协调运动控制的关键，目前，双臂运动求解方法有代数和几何解法，基于D-H矩阵变换的代数法是空间双臂协调运动分析的主要方法，然而通常是针对固定的、自由度不多的机器人构形进行计算求解，对于球面多关节机器人这种高度冗余的空间机器人，往往会得到多解或无数解，计算过程复杂且不直观，并不具有实用性，近年来神经网络、模糊控制、滑模控制等算法被大量引入到机器人协调控制中，但通常需要根据不同结果建立算法模型，且计算的精确性和时效性往往制约于计算机的性能，这使得算法研究更多是在理论研究阶段，缺少实用性。

国内外学者关于通过合理选择工作平面以解决机器人运动学和逆运动学问题做了一些工作，WenfuXu通过构造参考平面，然后确定满足一定条件的两个臂角，避免了算法的奇异性，然而构造平面工作量仍是很大，无法实现简单、快速解决实际问题，在中国专利，申请号为201310296056.1公开一种用于串联形式机器人逆运动学的通用求解方法是通过将工作构形分解成若干个构形平面以完成求解过程，但在一个运动过程中选择多个投影面对于多关节机器人运动求解显得麻烦，且该方法以单自由度基本模块为基础，对于多自由度球面关节不太适用。

目前关于通过构造平面解决机器人运动学问题的方法在一定程度上能够提高求解速度和求解精度，但通常是在一个运动过程中通过构造多个平面求解，平面不固定，求解过程也相对繁琐，针对多自由度关节机器人运动协调问题，目前尚无合适的几何求解方法。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，以解决当前针对球面关节双臂机器人协调运动缺乏简单、实用、高效解决方法的问题。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于几何投影的球面关节双臂机器人协调运动方法，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；

步骤3：建立各关节空间直角坐标系；

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；