[发明专利]基于正向运动学确定并联机器人位置的方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种基于正向运动学确定并联机器人位置的方法及装置，该方法首先将并联机器人的闭链结构划分为第一开链结构和第二开链结构；第一开链结构和第二开链结构均是由各关节连接形成的；其次基于第三关节角的位置和自身轴长，以及第七关节角的位置和自身轴长，计算得到第四关节角在基础坐标系中的位置坐标；最后基于基础坐标系、世界坐标系、第四关节角的位置坐标第一开链结构的各关节角，以及并联机器人的标准DH参数，确定变换矩阵并从变换矩阵中提取法兰末端对应的位置坐标。由此，通过将闭链结构拆分成两个开链结构，并基于第四关节在基础坐标系中的位置坐标确定从动轴的关节角，从而提高了并联机器人位置计算的速率和准确性。

技术领域

本发明属于并联机器人技术领域，尤其涉及一种基于正向运动学确定并联机器人位置的方法及装置。

背景技术

串联机器人或者并联机器人的运动学分析包括正运动学问题和逆运动学问题。逆运动学问题定义是已知动平台的位置和姿态信息，求解若干独立的输入运动，对于串联机器人或并联机器人而言，多个输入运动的表达式是独立的，能并行计算，快速求解。正运动学问题则是在已知多个输入运动的条件下，求解动平台的位置和姿态。

对于并联机器人，逆运动学求解往往相对明确，例如：能够根据平台的形状有效确定机器人的关节值；而正向运动学求解可能相当复杂，无法根据平台形状准确确定机器人的关节值，例如：不论多自由度机器人还是少自由度机器人，机构都存在一定程度的耦合现象，这就导致并联机器人的正运动学解可能对应平台多种位形。

发明内容

本发明提供一种基于正向运动学确定并联机器人位置的方法及装置。该方法能够提高并联机器人位置计算的速率和准确性。

为实现上述目的，根据本申请实施例第一方面提供一种基于正向运动学确定并联机器人位置的方法，该方法包括将并联机器人由第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节以及第七关节连接形成的闭链结构划分为第一开链结构和第二开链结构；所述第一开链结构和所述第二开链结构均是由各关节连接形成的；将第三关节角位置为圆心和第三关节自身轴长为半径形成的第一圆，与第七关节角位置为圆心和第七关节自身轴长为半径形成的第二圆，进行相交，计算得到第四关节角在基础坐标系中的位置坐标；基于基础坐标系、世界坐标系、所述第四关节角在基础坐标系中的位置坐标、所述第一开链结构的各关节角，以及并联机器人的标准DH参数，确定法兰末端到世界坐标系的变换矩阵从所述变换矩阵中提取法兰末端对应的位置坐标。

可选的，当所述第一开链结构是由第一关节、第二关节、第三关节、第四关节，以及第五关节连接形成时；所述基于基础坐标系、世界坐标系、所述第四关节角在基础坐标系中的位置坐标、所述第一开链结构的各关节角，以及所述并联机器人的标准DH参数，确定法兰末端到世界坐标系的变换矩阵包括：将所述第四关节角在基础坐标系中的位置坐标与所述第三关节角作为变量的变换矩阵建立元素对应关系，计算得到第三关节角θ₃；获取第一关节沿基础坐标系Z轴的移动距离d₁、第二关节角θ₂、第四关节角θ₄，以及第五关节角θ₅；基于基础坐标系、世界坐标系、所述并联机器人的第一标准DH参数、所述第一关节沿基础坐标系Z轴的移动距离d1、所述第二关节角θ₂、所述第三关节角θ₃、所述第四关节角θ₄，以及所述第五关节角θ₅，确定法兰末端到世界坐标系的变换矩阵