[发明专利]机械臂运动学逆解方法、装置及机械臂

权利要求书

1.一种机械臂运动学逆解方法，其特征在于，包括：

确定机械臂的几何参数，其中，所述机械臂包括多个旋转关节，所述旋转关节分为第一类旋转关节和第二类旋转关节；

根据所述机械臂的几何参数，采用几何代数法确定所述第一类旋转关节对应的第一类关节角；

根据所述第一类关节角，采用欧拉角旋转矩阵变换法确定所述第二类旋转关节对应的第二类关节角，其中所述第一类关节角和所述第二类关节角用于控制所述机械臂的运转；

根据所述第一类关节角，采用欧拉角旋转矩阵变换法确定所述第二类旋转关节对应的第二类关节角，包括：

根据所述第一类关节角确定腕部旋转矩阵Rw1；

根据所述第二类关节角确定X-Y-X欧拉角旋转矩阵Rw2；

根据所述Rw1和所述Rw2求解所述第二类关节角；

其中，所述机械臂包括六个旋转关节，所述第一类旋转关节包括第一至第三旋转关节，所述第一类关节角包括第一至第三关节角，所述第二类旋转关节包括第四至第六旋转关节，所述第二类关节角包括第四至第六关节角；

所述腕部包括所述第四至第六旋转关节，所述腕部旋转矩阵Rw1为所述第四至第六旋转关节的旋转矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂还包括五个连杆结构和一个末端执行器；所述确定机械臂的几何参数，包括：

以第一个连杆结构为基准建立基准坐标系，其中，所述基准坐标系包括X轴、Y轴和Z轴，所述基准坐标系的原点位于所述第一个连杆结构的底部中央；

确定参考结构在所述基准坐标系的坐标位置和欧拉姿态角，其中所述参考结构为所述末端执行器，或所述第四旋转关节，或所述第三旋转关节。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述机械臂的几何参数，采用几何代数法确定所述第一类旋转关节对应的第一类关节角，包括：

根据所述参考结构的坐标位置和欧拉姿态角确定第五个旋转关节的坐标位置；

根据所述第五个旋转关节的坐标位置确定所述第一关节角；

根据所述第五个旋转关节的坐标位置，采用几何代数法确定所述第二关节角和第三关节角。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考结构的坐标位置和欧拉姿态角确定第五个旋转关节的坐标位置，包括：

将所述参考结构的欧拉姿态角(A，B，C)转换成X-Y-Z欧拉角旋转矩阵R；

将所述参考结构的坐标系平移至第五个旋转关节的坐标系，确定平移算子P₅^a；

根据所述X-Y-Z欧拉角旋转矩阵R、所述参考结构的坐标位置Pa(X，Y，Z)和所述平移算子P5^a，确定所述第五个旋转关节的坐标位置P5(P₅.X，P₅.Y，P₅.Z)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述X-Y-Z欧拉角旋转矩阵

所述第五个旋转关节的坐标位置

P₅.X＝X-5.X*r12；P₅.Y＝Y-5.X*r22；P₅.Z＝Z-5.X*r32

其中，在所述参考结构为所述末端执行器时a＝6，在所述参考结构为所述第四旋转关节时a＝4，在所述参考结构为所述第三旋转关节时a＝3。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第五个旋转关节的坐标位置确定所述第一关节角，包括：

根据所述第五个旋转关节的X轴坐标位置P₅.X和Y轴坐标位置P₅.Y确定所述第一关节角Q1；其中，

Q1＝arctan2(P₅.Y，P₅.X)。