[发明专利]柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质有效

专利信息
申请号: 201811137249.1 申请日: 2018-09-28
公开(公告)号: CN109366486B 公开(公告)日: 2021-12-07
发明(设计)人: 徐文福;刘天亮;牟宗高;梁斌 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学(深圳)
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16;B25J9/06
代理公司: 广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205 代理人: 唐致明;洪铭福
地址: 518000 广东省深圳市南*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 柔性 机器人 运动学 求解 方法 系统 设备 存储 介质
【说明书】:

发明公开了一种柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质,其中,柔性机器人逆运动学求解方法包括:在柔性机器人原有自由度的基础上,增加末端虚拟自由度,所述末端虚拟自由度为末端虚拟移动自由度和/或末端虚拟旋转自由度;其中,所述末端虚拟自由度至少设有一个;获取增加所述末端虚拟自由度后的柔性机器人的正运动学方程;根据所述正运动学方程获取柔性机器人的雅克比矩阵;根据所述雅克比矩阵进行柔性机器人逆运动学求解。本申请通过增加末端虚拟自由度,克服传统的逆运动学求解方法中,经常无有效解的缺点,提高了柔性机器人逆运动学求解有解的可能性。

技术领域

本发明涉及机器人领域,尤其是一种柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质。

背景技术

柔性机器人相对于传统机械臂有纤细的躯干,冗余的自由度,在复杂多障碍的环境中体现出了极强的灵活性,因此被广泛应用于核电领域、航天领域大型设备的检修、维护、装配等作业任务。这些特殊的狭小空间环境中,很多情况,只需要柔性机器人的末端位置可达(即在指定的位置(姿态)的情况下,能有对应的关节角度解。),而姿态范围内可达即可。然而目前所有研发的柔性机器人中,它们的关节大多数由万向节结构组成,因此每个关节处只有俯仰和偏航两个方向的自由度,整体上柔性机器人的自由度配置为P-Y-Y-P-P…,缺少了滚转的自由度,这样将会导致其姿态空间有限而出现以下的问题:

(1)柔性机器人在自由度的配置上缺少滚转的自由度,在柔性机器人的整体上的自由度有限的情况下,难以通过其它的关节的运动等效成末端的滚转运动。

(2)在柔性机器人自由度冗余情况下,虽然可以通过其余的关节的运动,能够等效成末端的滚转运动,在一些给定的末端位置和姿态的情况下,其还是可能不存在有效解。

(3)通过其它关节的运动,等效成末端的滚转运动,在一定程度上,不可避免地减少了柔性机器人操作有效长度。

另外,在目前的柔性机器人的逆运动学的求解方法中,具有位置可达,但姿态只有部分可达的特点,即在一些特殊狭小空间环境中特定的目标末端位置和姿态情况下,利用传统的机器人逆运动学数值迭代法难以找到有效的关节角的解。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的是提供一种柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质,用于提高柔性机器人逆运动学求解有解的可能性。

本发明所采用的技术方案是:一种柔性机器人逆运动学求解方法,包括以下步骤:

在柔性机器人原有自由度的基础上,增加末端虚拟自由度;其中,所述末端虚拟自由度至少设有一个,所述末端虚拟自由度为末端虚拟移动自由度和/或末端虚拟旋转自由度;

获取增加所述末端虚拟自由度后的柔性机器人的正运动学方程;

根据所述正运动学方程获取柔性机器人的雅克比矩阵;

根据所述雅克比矩阵进行柔性机器人逆运动学求解。

进一步地,根据所述雅克比矩阵和数值迭代法进行柔性机器人逆运动学求解。

本发明所采用的另一技术方案是:一种柔性机器人逆运动学求解系统,包括:

末端虚拟自由度增加单元,用于在柔性机器人原有自由度的基础上,增加末端虚拟自由度;其中,所述末端虚拟自由度至少设有一个,所述末端虚拟自由度为末端虚拟移动自由度和/或末端虚拟旋转自由度;

正运动学方程获取单元,用于获取增加所述末端虚拟自由度后的柔性机器人的正运动学方程;

雅克比矩阵获取单元,用于根据所述正运动学方程获取柔性机器人的雅克比矩阵;

逆运动学求解单元,用于根据所述雅克比矩阵进行柔性机器人逆运动学求解。

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