[发明专利]多自由度机构运动学建模方法、装置、设备和存储介质

说明书

本申请公开了一种多自由度机构运动学建模方法、装置、设备和存储介质，将多自由度机构的三个直线轴作为一个整体构建点坐标系，基于齐次线性方程组构建点坐标系的变换矩阵；分别构建两个旋转轴的变换矩阵以及末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵；基于点坐标系、两个旋转轴以及工件坐标系的变换矩阵构建正运动学模型；通过多自由度机构末端的旋转矩阵求解得到旋转轴电机的值，并将多自由度机构末端的平移矩阵作为一个非齐次线性方程组，通过克莱姆法则求解得到直线轴电机的值，得到逆运动学模型，改善了现有技术以引入冗余参数为代价，将直线轴和旋转轴分离进行分步式的运动学标定，存在影响机构末端整体运动的误差标定精度的技术问题。

技术领域

本申请涉及运动学建模技术领域，尤其涉及一种多自由度机构运动学建模方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

用于实现复杂曲面加工的多自由度机构，例如五轴机床和工业机器人等，在制造过程中存在结构尺寸误差和装配误差，从而影响机构末端的定位误差，造成精度损失。运动学标定是一种能有效提高多自由度机构精度的方法，旨在通过引入误差参数，建立运动学模型和误差模型，找出末端误差与结构误差和电机驱动量的关系，最后根据逆运动学模型进行误差补偿以提高绝对定位精度。由于引入误差参数的运动学模型比较复杂，现有方法不能对逆运动学模型进行解析解求解，只能采用耗时较长的数值迭代法求解，或者能够得到解析解，但代价是引入不必要的冗余参数，破坏了模型的最小性，导致需将直线轴和旋转轴分离，进行分步式的运动学标定，影响了末端整体运动的误差标定精度。

发明内容

本申请提供了一种多自由度机构运动学建模方法、装置、设备和存储介质，用于改善现有技术以引入冗余参数为代价，将直线轴和旋转轴分离进行分步式的运动学标定，存在影响机构末端整体运动的误差标定精度的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种多自由度机构运动学建模方法，包括：

将多自由度机构的三个直线轴作为一个整体构建点坐标系，基于齐次线性方程组构建所述点坐标系的变换矩阵；

分别构建两个旋转轴的变换矩阵；

构建多自由度机构的末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵；

基于所述点坐标系的变换矩阵、两个旋转轴的变换矩阵以及末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵构建正运动学模型；

依据姿态表示方法，通过多自由度机构末端的旋转矩阵求解得到旋转轴电机的值，并将多自由度机构末端的平移矩阵作为一个非齐次线性方程组，通过克莱姆法则求解得到直线轴电机的值，得到逆运动学模型。

可选的，所述分别构建两个旋转轴的变换矩阵，包括：

当多自由度机构为先平移后旋转的机构时，采用三个旋转矩阵构建第一旋转轴的变换矩阵，并基于建模方法确定第二旋转轴的变换矩阵；

当多自由度机构为先旋转后平移的机构时，采用三个旋转矩阵构建第二旋转轴的变换矩阵，并基于建模方法确定第一旋转轴的变换矩阵。

可选的，所述基于所述点坐标系的变换矩阵、两个旋转轴的变换矩阵以及末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵构建正运动学模型，包括：

当多自由度机构为先平移后旋转的机构时，采用所述点坐标系的变换矩阵依次右乘所述第一旋转轴的变换矩阵、所述第二旋转轴的变换矩阵以及末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵，得到正运动学模型；

当多自由度机构为先旋转后平移的机构时，采用所述点坐标系的变换矩阵依次左乘所述第二旋转轴的变换矩阵、所述第一旋转轴的变换矩阵，再右乘末端坐标系到工件坐标系的变换矩阵，得到正运动学模型。

本申请第二方面提供了一种多自由度机构运动学建模装置，包括：

直线轴建模单元，用于将多自由度机构的三个直线轴作为一个整体构建点坐标系，基于齐次线性方程组构建所述点坐标系的变换矩阵；