[发明专利]一种机械臂运动规划方法

说明书

本发明公开一种机械臂运动规划方法，包括如下步骤：A、在机械臂处于初始状态时，测算出机械臂末端的实际位置和机械臂末端期望的初始位置，计算出机械臂末端的位置误差；B、构建机械臂笛卡尔速度方程，利用雅克比矩阵的伪逆结合机械臂笛卡尔速度方程求解机械臂关节速度。本发明的方法能大大节约计算量，并且计算结果准确，能够有效提高机械臂的执行精度。

技术领域

本发明属于机械人控制技术领域，具体为一种机械臂运动规划方法。

背景技术

冗余度机械臂是一种自由度大于任务空间所需最少自由度的末端能动机械装置，其运动任务包括焊接、油漆、组装、挖掘和绘图等，广泛应用于装备制造、产品加工、机器作业等国民经济生产活动中。冗余度机械臂的逆运动学问题是指已知机械臂末端位姿，确定机械臂的关节角问题。当冗余度机械臂末端的初始位置与期望轨迹的初始位置存在偏差时，该偏差在指定的轨迹跟踪任务执行过程中一直存在，导致机械臂执行精度下降；而容错型冗余度解析方案，就是对出现偏差的机械臂末端位置进行容错处理，使得机械臂在执行指定轨迹跟踪任务的同时能够快速减小初始偏差对机械臂执行精度的影响。

以往当冗余度机械臂末端的初始位置存在偏差时，需要将原系统转化为低阶控制系统，再对控制系统重新设计来消除偏差，过程较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算量小、用于机械臂末端位置控制的容错型冗余度机械臂运动规划方法，本方法能大大节约计算量，并且计算结果准确，能够有效提高机械臂的执行精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种机械臂运动规划方法，包括如下步骤：

A、在机械臂处于初始状态时，测算出机械臂末端的实际位置和机械臂末端期望的初始位置，计算出机械臂末端的位置误差；

B、构建机械臂笛卡尔速度方程，利用雅克比矩阵的伪逆结合机械臂笛卡尔速度方程求解机械臂关节速度。

优选地机械臂运动规划方法，包括以下步骤：

A、在机械臂处于初始状态时，测量实际的关节角度，根据实际的关节角度和机械臂期望的关节角度，进行机械臂的正向运动学分析，计算机械臂末端的笛卡尔位置向量，其中包括到对应的机械臂末端期望的初始位置和机械臂末端实际的初始位置数据；

B、基于机械臂末端执行器期望的初始位置和实际的初始位置数据，计算期望的机械臂末端轨迹；

C、通过关节空间的关节角向量和雅克比矩阵获得出机械臂的笛卡尔速度方程；

D、通过机械臂末端的笛卡尔位置向量和期望的机械臂末端轨迹，计算出实际和期望的机械臂末端执行器轨迹之间的向量值误差，利用该误差优化步骤C得到的笛卡尔速度方程；

E、通过优化后的笛卡尔速度方程结合步骤C中雅克比矩阵的伪逆获得机械臂关节速度的计算公式，计算出机械臂关节速度数据；

F、循环执行步骤A-E迭代求解，得到最优的关节速度数据，即为机械臂运动规划的数据，发送至机械臂控制器控制机械臂执行给定任务。

优选地，所述的步骤A中，利用了如下的正向运动学方程式进行计算机械臂末端的笛卡尔位置向量：

r(t)＝f(θ(t)) (1)；

其中，r(t)为关节空间的关节角向量，θ(t)对应的机械臂末端的笛卡尔位置向量，f(·)为给定机械手结构和参数的可微非线性函数。

优选地，所述的步骤B中，机械臂末端轨迹方程如下：

其中，t为任务执行时间，T为任务周期时间，X₀为期望的初始位置的X坐标，Y₀为期望的初始位置的Y坐标。