[发明专利]一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法

权利要求书

1.一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对串联机器人进行正运动学建模；

(2)将机器人逆运动学求解问题建模成非线性多模态优化问题；

(3)基于RS-CMSA算法对非线性多模态优化问题进行求解，获得给定位姿对应的所有符合约束的逆解。

2.根据权利要求1所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：所述步骤(1)的正运动学建模包括建立基坐标系及末端坐标系，确定机器人初始位置时的末端位姿及各关节相对基坐标系进行螺旋运动的螺旋轴，然后利用PoE公式自动生成机器人正运动学方程。

3.根据权利要求2所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：在空间中定义一个基坐标系{s}，在末端执行器上定义一个末端坐标系{b}，并将机器人置于初始位置，指定每个关节正向转动的方向，末端坐标系相对于基坐标系的初始位姿用M∈SE(3)表示。

4.根据权利要求3所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：末端坐标系的位姿T表示成其中，S_n＝(ω_n,v_n)表示关节n在基坐标系中的旋量坐标，若关节n的类型为转动关节，则是沿关节轴正向的单位向量，v_n＝-ω_n×q_n，q_n为关节轴上的任一点，其坐标值是相对基坐标系的，θ_n表示转动角度；若关节的类型为移动关节，则ω_n＝0，是沿关节轴正向的单位向量，θ_n表示移动距离。

5.根据权利要求4所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：相对基坐标系的目标位姿矩阵和当前位姿矩阵分别表示为T_sd∈SE(3)和T_sb∈SE(3)。

6.根据权利要求5所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：相对末端坐标系的目标位姿为其矩阵对数[ν_b]＝log(T_bd)，物体速度旋量ν_b＝[ω_b ν_b]^T，ω_b为角速度，ν_b为线速度，因此位置误差e_P＝||ω_b||和姿态误差e_R＝||ν_b||，则两个姿态之间的误差e＝αe_R+βe_P，α和β为位置与姿态的权重系数。

7.根据权利要求6所述的一种基于RS-CMSA算法的机器人逆运动学求解方法，其特征在于：机器人正运动学方程的生成方式为：将每个关节的螺旋运动施加给后续的连杆，具体的方程如下：

其中，M为机器人初始时的末端执行器相对基坐标系的位姿，S_n＝(ω_n,v_n)表示关节n在基坐标系中的旋量坐标，ω_n为末端角速度，v_n为末端线速度，若关节n的类型为转动关节，则是沿关节轴正向的单位向量，v_n＝-ω_n×q_n，为3维线性空间，q_n为关节轴上的任一点，其坐标值是相对基坐标系的，θ_n表示转动角度；若关节的类型为移动关节，则ω_n＝0，是沿关节轴正向的单位向量，θ_n表示移动距离。