[发明专利]一种七自由度拟人构型机械臂逆运动学规划方法

摘要

本发明涉及一种七自由度拟人构型机械臂逆运动学规划方法，包括以下步骤：首先将七个自由度配置成“肩‑肘‑腕”式结构，由基座至末端分别定义为1‑7关节，然后，求解肘关节(4关节)角度，并将“肩‑肘‑腕”三点组成的空间平面与参考平面之间夹角定义为冗余角。最后，根据优化的冗余角分别解算肩关节角度(1‑3关节)和腕关节角度(5‑7关节)。本发明可以解决六自由度操作空间位姿向七自由度关节空间映射的逆运动学规划问题，实现空间六自由度与关节七自由度映射关系；建立冗余角与肩关节和腕关节的函数关系方法，通过优化冗余角方法选取最优逆解。

主权项

1.一种七自由度拟人构型机械臂逆运动学规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将机器人的七个自由度配置成肩‑肘‑腕结构，由基座至末端依次定义为关节1～7；其中，肩关节包含关节1～3的3个自由度且旋转中心重合于点Ps；肘关节即关节4包含1个自由度，旋转中心为Pe；腕关节包含关节5～7的3个自由度且旋转中心重合于点Pw；步骤2：根据末端期望位置和姿态求解出肩‑腕中心直线段在基坐标系中的向量步骤3：根据肩‑肘长即上臂长l_se、肘‑腕长即下臂长l_ew和肩‑腕长构成的三角形，求解肘关节即关节4角度θ₄；步骤4：求解出肩‑腕中心直线段在关节3坐标系中的向量再结合基坐标系中的向量同时取关节3角度固定不变情况θ₃＝0，综合求解此时关节1角度θ_{1_0}和2关节角度θ_{2_0}；将此时由θ_{1_0}和θ_{2_0}确定的肩‑肘‑腕平面定义为参考平面；步骤5：由肩‑肘‑腕的三个旋转中心组成的空间平面与参考平面夹角为冗余角建立肩关节和腕关节6个关节的角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₅、θ₆、θ₇与冗余角的函数关系其中θ＝[θ₁,θ₂,θ₃,θ₅,θ₆,θ₇]^T；步骤6：将多变量优化问题转化为单变量优化问题；根据优化目标，求解代价函数且满足约束条件得到最优化冗余角步骤7：根据冗余角和步骤5中关系，分别求解肩关节角度θ₁、θ₂、θ₃和腕关节角度θ₅、θ₆、θ₇。