[发明专利]一种同质模块化机器人通用数学表征方法

说明书

本发明实施例提供了一种同质模块化机器人通用数学表征方法，实现了同质模块化机器人的通用数学表征，包括：获得同质模块化机器人三维模型与单模块三维模型；然后获得单模块中主动组件与被动组件、接口个数、类型与排布、接口连接方位关系矩阵集合；建立单模块体心及接口坐标系，获得接口坐标系相对于体心坐标系的齐次变换矩阵；进而获得同质模块化机器人单模块通用数学表征；依据机器人三维模型，获得各个单模块的数学表征结果；最后构建同质模块化机器人通用数学表征方法，获得同质模块化机器人通用数学表征。根据本发明实施例提供的技术方案，可实现同质模块化机器人数学表征，为后续针对模块化机器人的研究提供数学模型基础。

【技术领域】

本发明涉及一种同质模块化机器人通用数学表征方法，属于机器人数学表征领域。

【背景技术】

随着工业化、信息化的不断推进，人力资源成本的不断提高，大量专用机器人被广泛应用于农业、工业及服务业中，用于从事重复性、危险性以及人类无法直接介入的工作。随着技术条件的成熟，可以根据工作任务改变构型的同质模块化机器人越来越多的得到人们的关注与研究。

机器人的使用需以数学模型的建立为基础，因此需要有一种能准确表达模块化机器人中各模块状态信息的数学表示方法，这是模块化机器人的应用前提。现有的关于模块化机器人中，大多针对异构模块化机器人，表征方式不具备通用性，一旦模块信息更改，则需重新设计表征方法；而少量关于同质模块化机器人的表征方法，仅适用于结构对称的模块化机器人，无法通用化。因而，开展同质模块化机器人通用数学表征方法研究具有重要的理论研究价值。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种同质模块化机器人通用数学表征方法，以实现同质模块化机器人的数学表征。

本发明实施例提供了一种同质模块化机器人通用数学表征方法，包括：

获得同质模块化机器人三维模型、组成同质模块化机器人的单模块三维模型；

依据组成同质模块化机器人的单模块三维模型，结合单模块体心电机排布方式，获得单模块中的主动组件与被动组件、单模块的接口个数、接口类型、接口排布；

依据组成同质模块化机器人的单模块三维模型，构建单模块体心及其接口坐标系建立规则，获得单模块体心及其接口的多个坐标系、接口坐标系相对于单模块体心坐标系的齐次变换矩阵；

依据组成同质模块化机器人的单模块三维模型，获得单模块接口连接方位关系矩阵集合；

依据单模块中的主动组件与被动组件、单模块的接口个数、接口类型、接口排布、接口坐标系相对于单模块体心坐标系的齐次变换矩阵、单模块接口连接方位关系矩阵集合，构建同质模块化机器人单模块通用数学表征方法，获得同质模块化机器人单模块的通用数学表征；

依据同质模块化机器人三维模型、同质模块化机器人单模块的通用数学表征，读取同质模块化机器人中各个单模块的数学表征结果，并构建同质模块化机器人通用数学表征方法，获得同质模块化机器人的通用数学表征，

其中，所述同质模块化机器人指组成机器人的各个模块结构、功能完全相同。

上述方法中，所述依据组成同质模块化机器人的单模块三维模型，构建单模块体心及其接口坐标系建立规则，获得单模块体心及其接口的多个坐标系、接口坐标系相对于单模块体心坐标系的齐次变换矩阵：

单模块体心坐标系{C}及其接口坐标系{S_i}(i＝1,2,...,n_{surf_con})建立规则为：

体心坐标系{C}，坐标系原点固定于单模块主轴电机输出轴与分割平面的交点上；z轴与体心电机输出轴共线，且方向为体心电机力矩输出方向；x轴与单模块分割平面相平行，且方向选取第三象限方向为正方向；y轴按右手定则确定，y＝z×x；