[发明专利]一种基于机械臂最优运动性能的判断方法

说明书

本发明涉及机械臂运动控制技术领域，具体为一种基于机械臂最优运动性能的判断方法，根据所需机械臂的构型和结构参数，通过机器人学中的Denavit‑Hartenberg方法建立机械臂各连杆坐标系的参数表；根据Denavit‑Hartenberg方法建立的机械臂各连杆坐标系参数表，建立机械臂的运动学方程；计算机械臂的雅克比矩阵；有益效果为：本发明提出的基于机械臂最优运动性能的判断方法首先建立机械臂的Denavit‑Hartenberg参数表，从而得到运动学公式，进而得到机械臂的雅克比矩阵.然后，再利用蒙特卡洛随机取值方法，得到了不同关节值的雅克比矩阵条件数，条件数越小，机械臂的运动性能越好.从而判断机械臂在哪个工作空间的运动性能可以达到最优.基于此方法依据，进而可以发挥机械臂自身的优势。

技术领域

本发明涉及机械臂运动控制技术领域，具体为一种基于机械臂最优运动性能的判断方法。

背景技术

现阶段，各家机械臂厂商都没有直接给出机械臂最优运动性能的工作空间，这样就导致机械臂在不同工作空间会出现不同的运动性能，不能充分发挥机械臂的优势.机械臂运动到不合适的运动空间，会导致机械臂动作的不柔顺或者突然跳变，甚至无法达到指定的目标点.收到机械臂后，只能凭借经验给出相应机械臂的最优性能的工作空间，缺乏理论依据。

现有技术中，科学理论的找到机械臂最优运动性能的工作空间，对我们在使用机械臂操作各种任务是十分重要的；例如，操作机械臂去抓取某个物品，如果机械臂不在最优工作空间内，就容易导致抓取动作不够柔顺，甚至出现抖动现象，更甚至会接近机械臂的奇异点，造成安全隐患。

但是，传统的评价机械臂运动性能的参数是雅克比矩阵的行列式，然而一个矩阵行列式并不能表示矩阵逆运算的稳定性；因此，用雅克比矩阵的行列式去判断机械臂的最优运动性能是有缺陷的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机械臂最优运动性能的判断方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机械臂最优运动性能的判断方法，所述基于机械臂最优运动性能的判断方法包括以下步骤：

根据所需机械臂的构型和结构参数，通过机器人学中的Denavit-Hartenberg方法建立机械臂各连杆坐标系的参数表；

根据Denavit-Hartenberg方法建立的机械臂各连杆坐标系参数表，建立机械臂的运动学方程；

计算机械臂的雅克比矩阵；

利用雅克比矩阵J(q)的条件数公式作为评价机械臂可操作性的度量指标；

利用蒙特卡洛法在机械臂每个关节范围内随机选择关节角度；

根据机械臂各个关节随机关节值，加上评判运动性能的指标雅克比矩阵条件数，通过仿真可以得到三维空间机械臂末端笛卡尔空间的雅克比矩阵条件数；

根据得到的机械臂最优工作空间，在实际的机械臂中进行验证。

优选的，所述机械臂的运动学方程为：

优选的，所述机械臂的雅克比矩阵的计算公式为：

优选的，所述雅克比矩阵J(q)的条件数公式为：

k＝||J||×||J||^-1。

优选的，利用蒙特卡洛法在机械臂每个关节范围内随机选择关节角度时，当所有关节在取值范围内随机遍历取值后，末端笛卡尔坐标系下的位姿构成了机械臂的工作空间，通过机械臂的正运动学可以求出末端笛卡尔空间的运动范围。

优选的，所述机械臂的正运动学公式为：