[发明专利]一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法

说明书

本发明公开了一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法，包括以下步骤：（1）根据工作环境，获得工作空间中需要通过的标记点；（2）利用三次B‑spline曲线，对标记点进行拟合，生成路径曲线；（3）根据基座进给量，获得机械臂各UCR并联关节的工作状态；（4）实时调整工作状态UCR并联关节的位姿，使得机械臂沿着三次B‑spline路径曲线运动；（5）根据各UCR并联关节的位姿和驱动方程，求解出各关节支链的杆长并输出。本发明优点：机械臂结构紧凑，刚度大，承载能力强，可靠性高；严格保证机械臂末端处于三次B‑spline路径曲线上，精度高；通过UCR并联关节驱动方程求解，求解精度高，效率快。

技术领域

本发明属于计算机辅助制造及机器人加工技术领域，更具体地，涉及一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法。

背景技术

随着工作环境的复杂化和狭窄化，超冗余机器人得到了广泛的研究和应用。超冗余机器人是指自由度数远多于完成作业任务所需要最少自由度的机器人。超冗余机器人因其灵活性强，自由度高等特点，使其具备良好的环境适应性。目前，超冗余机器人在航空航天制造、核电设备检修、危险材料处理等领域得到了广泛的研究和应用。

实现避障运动是超冗余机械臂运动规划的主要目标之一。目前学者们提出了多种有效的避障规划方法，如人工势能场法、神经网络算法等。但是，上述避障算法只强调末端作业能力，而未对关节运动进行严格的约束。

为了进一步提高超冗余机械臂避障的能力，跟随末端轨迹的运动方法被提出。该方法通过保证超冗余机械臂的末端和关节尽可能逼近规划的路径曲线，来严格进行避障。但是，目前设计的超冗余机械臂多为串联结构，刚度低，承载能力差。且不能保证关节在路径曲线上，精度低。同时，求解复杂，效率低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法，其目的在于提出一种适用于狭小空间和复杂深腔作业的串并联混合机械臂末端轨迹跟随方法。机械臂在进给基座的配合下，严格按照规划的路径曲线进行移动，从而进行严格避障。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法，包括如下步骤：

(1)根据工作环境，获得工作空间中超冗余机械臂需要通过的标记点；

(2)利用三次B-spline曲线，对标记点进行拟合，生成路径曲线；

(3)根据基座进给量，获得机械臂各UCR并联关节的工作状态；

(4)实时调整工作状态UCR并联关节的位姿，使得机械臂沿着三次B-spline路径曲线运动；

(5)根据各UCR并联关节的位姿和驱动方程，求解出各关节支链的杆长，并输出。

优选地，其步骤(3)包括如下子步骤：

S11、所述运动机构由超冗余机械臂与进给基座两部分组成；其中，机械臂由8个UCR并联关节串联而成，相邻2个UCR并联关节共用一个平台，即每个UCR并联关节的动平台也是下一个UCR并联关节的定平台；每个UCR并联关节定平台和动平台之间存在沿关节轴线60°的相位差，并从基座开始对机械臂UCR并联关节进行顺序编号，分别记为1～8；

S12、假设机械臂末端动平台中心为三次B-spline路径曲线的起点，每个UCR并联关节的初始长度相等，且为d₀；机械臂在进行末端跟随运动时，基座提供进给量F，机械臂各UCR并联关节依次进入工作区域，并记录其对应的编号。