[发明专利]一种机械手臂的行为识别的数据生成以及存储系统

说明书

本发明公开了一种机械手臂的行为识别的数据生成以及存储系统，包括初始规范模块、运动数据表示模块和数据存储模块；初始规范模块用于对该数据生成以及存储系统的基本设置，获得机械手臂的二连杆结构的关节变量；运动数据表示模块从数据存储模块中提取关节变量，模拟机械手臂的二连杆结构运动轨迹，生成识别数据；数据存储模块接收初始规范模块发送的关节变量，将关节变量存储到所述数据存储模块中内置的存储器中，并将运动数据表示模块生成的识别数据存入所述数据存储模块中内置的存储器中。本发明采用符号标识法对机械手臂进行了动力学分析，并在对机械手臂进行了运动学和动力学模拟，输出一些曲线数据，为机械手臂控制技术的研究奠定基础。

技术领域

本发明涉及医用机械领域，涉及一种机械手臂的行为识别的数据生成以及存储系统。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是计算机技术以及自动化技术的发展，机械手臂更是成为国内外研究的热点。以机械手臂为研究对象，对其行为已经进行了机构分析，并对机械手臂的驱动部分进行了气动系统设计。

机械手臂运动学主要研究两类问题：一类是给定机械手臂各关节角度，要求计算机械手臂手爪的位置与姿态问题，称为正向运动学；另一类是已知手爪的位置与姿态求机械手臂对应于这个位置与姿态的全部关节角，称为逆向运动学。

基于Denavt-Hartenberg(D-H)方法建模：

为描述相邻杆件间的转动和平移关系，Denavt和Hartenberg(1955)提出了一种为机械手臂关节链中的每一个杆件建立附体坐标系的矩阵方法。机械手臂刚性杆件的D-H方法由杆件的几何和运动参数ai，αi，di，θi决定。它为每个关节处的杆件坐标系建立起4×4齐次坐标变换矩阵，它表示与前一杆件坐标系的位姿关系。这样通过逐次变换，把用“手部坐标”表示的末端执行器可被变换成用机座坐标表示的形式。任何杆件i都能用两个参数表征：杆件i的长度ai，是杆件上两端关节轴线之间的最短距离(公垂线长度)；杆件i的扭转角αi是两端关节轴线之间的夹角(沿公垂线方向看下去)。

通常，在每个杆件关节轴线上都有两根杆件相连，每个杆件都有一根和轴线相垂直的法线。两个杆件的运动关系有两杆件的关节平移量di(两个杆件的长度在关节轴线上的距离)和关节回转量θi(两个杆件的长度在关节轴线上的夹角)确定。n关节机械手臂需建立n+1个坐标系。确定和建立每个坐标系应根据下面3条规则：

(1)Zi轴沿着第i关节的运动轴；

(2)Xi轴垂直于Zi-1轴和Zi轴并指向离开Zi-1轴的方向；

(3)Yi轴按右手坐标系的要求建立。

根据上述对杆件参数及坐标系的定义，描述串联机械手臂相邻坐标系之间的关节关系可归结为如下4个参数：

θi：绕Zn-1轴(右手定则)由X i-1轴向X i轴的关节角；

di：从第i-1坐标系的原点到Zi-1轴和X i轴的交点沿Zi-1轴的距离；

ai：从Zn-1和X i的交点到第i坐标系原点沿X i轴的偏置距离(或者说，是Zn-1和Zi两轴间的最小距离)；

αi：绕X i轴(右手定则)由Zn-1轴转向Zi轴的偏角。

正运动学就是当机械手臂各关节的变量给定时，求解这些变量在以机械手臂的末端位置和方向为基础的基准坐标系中，如何进行表示的问题。作为正运动学的解析法，有向量法和齐次变换法两种。

运动学逆问题求解为，针对机械手臂运动学逆问题的求解称为运动学方程的逆解。当给出机械手臂手部在机座坐标系中所处的位置和姿态时，即给定了运动学方程中位姿矩阵的各元素值。如何求出机械手臂各个运动关节的关节变量值，是求解机械手臂运动学的逆问题，也称为间接位置求解。