[发明专利]机械臂运动学逆解方法、装置及机械臂

说明书

本发明公开了一种机械臂运动学逆解方法、装置及机械臂，其中，该方法包括：确定机械臂的几何参数，其中，机械臂包括多个旋转关节，旋转关节分为第一类旋转关节和第二类旋转关节；根据机械臂的几何参数，采用几何代数法确定第一类旋转关节对应的第一类关节角；根据第一类关节角，采用欧拉角旋转矩阵变换法确定第二类旋转关节对应的第二类关节角，其中第一类关节角和第二类关节角用于控制机械臂的运转。本发明解决了现有技术中求解过程复杂的问题，实现求解过程简单易懂，代码量精简，计算速率快且精度高。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机械臂运动学逆解方法、装置及机械臂。

背景技术

在已知工具坐标系相对于基座坐标系的期望位置和姿态,计算出满足期望要求的关节角的过程，运动学称此过程为运动学逆解。由于工业机器人属于6R型，在运动学求逆问题中会出现多重解和解的存在性，当末端执行器遇到奇异点时则会出现解的不存在性。目前工业机器人在逆运动学求解过程中依赖于D-H参数法，三轴相交的PIEPER法和代数几何分析法实现。诸如此类的方法存在以下不足：D-H参数法导致机器人建模单一且有局限性，代数几何法求解过程复杂难懂，计算公式繁杂且求解速度相对较慢。

针对相关技术中求解过程复杂的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供了一种机械臂运动学逆解方法、装置及机械臂，以至少解决现有技术中求解过程复杂的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机械臂运动学逆解方法，包括：确定机械臂的几何参数，其中，机械臂包括多个旋转关节，旋转关节分为第一类旋转关节和第二类旋转关节；根据机械臂的几何参数，采用几何代数法确定第一类旋转关节对应的第一类关节角；根据第一类关节角，采用欧拉角旋转矩阵变换法确定第二类旋转关节对应的第二类关节角，其中第一类关节角和第二类关节角用于控制机械臂的运转。

进一步地，机械臂包括六个旋转关节，第一类旋转关节包括第一至第三旋转关节，第一类关节角包括第一至第三关节角，第二类旋转关节包括第四至第六旋转关节，第二类关节角包括第四至第六关节角。

进一步地，机械臂还包括五个连杆结构和一个末端执行器；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，基准坐标系包括X轴、Y轴和Z轴，基准坐标系的原点位于第一个连杆结构的底部中央；确定参考结构在基准坐标系的坐标位置和欧拉姿态角，其中参考结构为末端执行器，或第四旋转关节，或第三旋转关节。

进一步地，根据机械臂的几何参数，采用几何代数法确定第一类旋转关节对应的第一类关节角，包括：根据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；根据第五个旋转关节的坐标位置确定第一关节角；根据第五个旋转关节的坐标位置，采用几何代数法确定第二关节角和第三关节角。

进一步地，根据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X-Y-Z欧拉角旋转矩阵R、参考结构的坐标位置Pa(X，Y，Z)和平移算子P₅^a，确定第五个旋转关节的坐标位置P5(P₅.X，P₅.Y，P₅.Z)。

进一步地，X-Y-Z欧拉角旋转矩阵

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