[发明专利]机械臂的逆运动学解析方法、装置及设备

说明书

本申请属于机器人领域，提出了一种机械臂的逆运动学解析方法、装置及设备。该方法包括：根据机械臂末端位置和所述机械臂中为旋转自由度的第N关节，确定第N‑1关节的平动位置；根据第N‑1关节的平动位置，以及第N‑1关节相对于世界坐标系的齐次方程，确定第一关节至第N‑3关节的旋转角度；根据机械臂末端的指向，第一关节至第N‑3关节的旋转角度，结合第N‑3关节至第N关节之间的齐次变换方程，确定第N‑2关节和第N‑1关节的旋转角度；根据机械臂末端姿态确定第N关节的旋转角度。从而能够采用较低维度的方程组快速的进行机械臂的逆运动学解析，提高解析效率，并且可以同时得到多个满足要求的解。

技术领域

本申请属于机器人领域，尤其涉及机械臂的逆运动学解析方法、装置及设备。

背景技术

机器人对机械臂的运动控制实现具体功能的过程中，需要反复进行运动学求解，包括正运动学求解和逆运动学求解。其中，正运动学求解是指通过关节角度计算末端位姿，逆运动学求解是指通过末端位姿反推关节角度。逆运动学在机器人操作控制中较为重要。比如，机械臂操作物体时，需要将机械臂末端移动到物体所在位置，通过逆运动学可以求解得到机械臂末端处于物体所在位置时所对应的关节角度。

求解逆运动学的方法通常包括解析法和数值法。其中，机械臂的解析方法通常采用多维非线性方程组求解的方式进行迭代计算，计算较为复杂，计算时间较长，解析效率较低，并且无法同时获得所有可行的解。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机械臂的逆运动学解析方法、装置及设备，以解决现有技术中进行逆运动学解析时，采用多组非线性方程组求解的方式进行迭代，计算较为复杂，计算时间长，解析效率低，且无法同时获得所有可行的解的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种机械臂的逆运动学解析方法，所述机械臂包括N个关节，且靠近机械臂末端的第N关节和第N-2关节为旋转自由度关节，第N关节转动时，第N关节相对于第N-1关节的平动位置不变，第N-2关节转动时，第N-2关节相对于第N-3关节的平动位置不变，N为大于3的自然数，所述方法包括：

根据机械臂末端位置和所述机械臂中为旋转自由度的第N关节，确定第N-1关节的平动位置；

根据第N-1关节的平动位置，以及第N-1关节相对于世界坐标系的齐次方程，确定第一关节至第N-3关节的旋转角度；

根据机械臂末端的指向，第一关节至第N-3关节的旋转角度，结合第N-3关节至第N关节之间的齐次变换方程，确定第N-2关节和第N-1关节的旋转角度；

根据机械臂末端姿态确定第N关节的旋转角度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，根据第N-1关节的平动位置，以及第N-1关节相对于世界坐标系的齐次方程，确定第一关节至第N-3关节的旋转角度，包括：

根据第N-1关节的平动位置与所述第N-1关节相对于世界坐标的齐次方程在每个坐标轴的坐标的对应关系，生成方程组；

根据所述方程组计算所述第一关节至第N-3关节的旋转角度。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，在根据第N-1关节的平动位置，以及第N-1关节相对于世界坐标系的齐次方程，确定第一关节至第N-3关节的旋转角度之前，所述方法还包括：

获取第一关节相对于世界坐标系的第一齐次变换矩阵T₁，第二关节相对于第一关节的第二齐次变换矩阵T₂，直至第N-1关节相对于第N-2关节的第N-2齐次变换矩阵T_n-2；

确定第N-1关节相对于世界坐标系的齐次方程为：其中第N-1关节相对于世界坐标系的齐次变换矩阵。