[发明专利]用于六自由度的工业机器人的逆运动学求解方法

说明书

本发明提出了一种用于六自由度的工业机器人的逆运动学求解方法，包括：建立连杆坐标系，其中，所述连杆坐标系包括：X‑Z轴平面，所述工业机器人的六个关节对应坐标系和所述工业机器人末端执行器的坐标系；在所述连杆坐标系基础上，根据所述工业机器人的六个关节之间的结构几何参数计算欧拉角变换矩阵；利用所述欧拉叫变换矩阵，按照预设顺序依次求解所述工业机器人的六个关节的旋转轴转动角度；根据所述六个关节的旋转轴转动角度对应的八个求解结果，解离上一关节空间所处位置对应的各个关节旋转轴角度差值范数总和，依据范数综合最小原则选择最优解。本发明具有求解精度高、求解速度快、求解过程更加简单易懂，计算量小的特点。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种用于六自由度的工业机器人的逆运动学求解方法。

背景技术

工业机器人的逆向运动学问题是在给定执行器末端相对于基座的位置和姿态，以及所有连杆几何参数的情况下，求取所有关节转动角度值，是正向运动学的逆过程。正向运动学根据几何参数可以得到前后相邻关节之间的欧拉角变换矩阵T，当知道每个关节转动角度θ，通过变换矩阵T简单运算即可得到末端执行器的位置和姿态，且解唯一；而逆向运动学的求解则相对复杂，并且可能出现多解或无解的情况。

现在市场上大部分六自由度工业机器人都是属于Pieper提出的一类腕部相邻的三个关节旋转轴相交于同一点(俗称腕点)的工业机器人，现有的通用坐标系建模都是采用DH参数法，同时现有逆运动学求解方法大多数都是利用代数法或几何分析法单独实现的。

现有工业机器人的逆运动学求解主要存在缺陷及不足：针对特殊构型机器人，通用求解方法坐标系建模方法单一、求解过程复杂难懂、计算量大且求解速度慢。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于六自由度的工业机器人的逆运动学求解方法，具有求解精度高、求解速度快、求解过程更加简单易懂，计算量小的特点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于六自由度的工业机器人的逆运动学求解方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立连杆坐标系，其中，所述连杆坐标系包括：X-Z轴平面，所述工业机器人的六个关节对应坐标系和所述工业机器人末端执行器的坐标系；

步骤S2，在所述连杆坐标系基础上，根据所述工业机器人的六个关节之间的结构几何参数计算欧拉角变换矩阵；

步骤S3，利用所述欧拉叫变换矩阵，按照预设顺序依次求解所述工业机器人的六个关节的旋转轴转动角度；

步骤S4，根据所述六个关节的旋转轴转动角度对应的八个求解结果，解离上一关节空间所处位置对应的各个关节旋转轴角度差值范数总和，依据范数综合最小原则选择最优解。

进一步，在所述步骤S2中，

根据所述工业机器人的六个关节之间的结构几何参数d₁计算姿态变换矩阵和位置变换矩阵其中i＝0，1，2，…，9；

计算坐标系{j}相对于坐标系{i}的变换矩阵

进一步，所述工业机器人的六个关节间的变换矩阵满足如下：

其中，为末端执行器的坐标系相对于基础坐标系的变换矩阵，为第一关节的坐标系相对于基础坐标系的变换矩阵，为第二关节的坐标系相对于第一关节坐标系的变换矩阵；为第三关节的坐标系相对于第二关节坐标系的变换矩阵；为第四关节的坐标系相对于第三关节坐标系的变换矩阵；为第五关节的坐标系相对于第四关节坐标系的变换矩阵；为第六关节的坐标系相对于第五关节坐标系的变换矩阵。