申请/专利权人：北京克莱明科技有限公司

申请日：2023-07-14

公开（公告）日：2023-11-14

公开（公告）号：CN117047752A

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2023.12.01#实质审查的生效;2023.11.14#公开

摘要：本发明结合实际机械臂运动任务提供了一种避开关节限位的肘偏置七自由度机械臂运动规划方法，用于解决肘偏置七轴机械臂运动学逆解和运动规划中发生关节逆解数据不连续的问题，可添加约束条件，能够在无穷多种路径组合中得到一条机械臂各关节运动连续的一组解。可以在避开各关节限位的同时快速计算出机械臂末端执行器的运动轨迹所对应的各关节角，并且由于运动轨迹具有连续的运动速度，从而能够保证机器人的平稳运动，进而提高机器人的服役寿命。

主权项：1.一种避开关节限位的肘偏置七自由度机械臂运动规划方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一、根据实际七轴机械臂的运动需求，设置肘偏置七自由度机械臂的起始点位姿和终止点位姿，使用均匀插值得到一系列离散的末端执行器位姿点；步骤二、计算肘偏置七轴机械臂的逆解：步骤21、肘部关节的求解：选取关节1和关节2旋转轴线的交点作为S点，3号坐标系的原点为E点，关节6和关节7旋转轴线的交点为W点，各点的位置矢量分别表示为S、E、W；对于肘部有偏置的机械臂构型，将点S、E、W同时投影到与肘关节轴线垂直的平面上对肘部关节角进行求解；为方便计算可选取E处所在的平面作为投影平面，W在此平面上的投影点为W1，其中SW1、SE1、EW1分别为SW、SE、EW在与E处肘关节轴线垂直的平面上的投影；根据余弦定理可求出此夹角β： 肘关节角θ4与夹角β的关系，肘部关节对应有两组取值，即θ4＝±π-β2步骤22、初始姿态的求解：三角形SEW所在平面即臂型面，臂型面与参考平面重合时臂型角为0；为由点S指向点W的向量；为在臂型角初始状态下，由S指向E的向量；α为向量和之间的夹角；在直角三角形WEW1中，由勾股定理可得 在三角形SEW中，由余弦定理可求得α；向量为第一个关节轴线正方向的单位矢量，与所组成的平面为参考平面；Rl,α＝I3+[ul×]sinα+[ul×]21-cosα4[ul×]表示向量单位化后的叉乘因子； 由坐标系的建系规则可知： 由运动学正解可知： 所以， 其中，可得， 式子两边同时左面叉乘可得， 其中，上述式子可组成方程组，解此二元一次方程组可求得至此初始状态下三号坐标系在零号坐标系下的姿态矩阵： 步骤23、肩部关节求解：三号坐标系在零号坐标系中绕旋转ψ角后的姿态变换矩阵为0Rψ；根据Rodrigues公式可得： 0Rψ＝I3+[0uw×]sinψ+[0uw×]21-cosψ12式中I3为3X3单位阵，[0uw×]为向量的斜对称阵； 由姿态变换矩阵0R3＝0R11R22R3，式子对应元素相等可得θ1和θ3；步骤24、腕部关节角的求解：关节角度θ4已知，连杆变换公式3R4已知，所以四号坐标系在七号坐标系下的表达式为， 式中，把7R4转置可得4R7，则七号坐标系在四号坐标系下的姿态变换矩阵为： 4R7＝4R55R66R715由姿态变换矩阵可得θ5，θ6和θ7；步骤25、至此可得到给定臂型角参数后七轴机械臂的8组逆解；步骤三、添加约束条件选择合适的逆解；步骤31、确定臂型角ψ的值后，可得到8组逆解，根据最优位形的原则选择离关节限位的中点最近的一组解；或根据到前一组解的关节空间加权距离最小的原则选择一组解；步骤32、计算七轴机械臂关节空间的加权距离，设置各关节权重系数；步骤33、偏离中心度指标函数 其中，表示关节i活动范围的极限值，指标的范围μ∈[0,1]，μ的值越小标志关节越靠近中心位置，μ＞1时关节超出关节限位；α为系数，α数值越大曲线的斜率越大；步骤34、综合机械臂关节空间加权距离参数和偏离中心度指标参数，可从无穷多解中筛选出满足约束条件的解；步骤四、对各关节轨迹进行B样条插值，按S型速度曲线规律对其进行采样。

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