申请/专利权人：杭州锐沃机器人科技有限公司

申请日：2021-12-14

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114147720B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16;G06F17/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.03.25#实质审查的生效;2022.03.08#公开

摘要：本发明涉及一种多自由度机械臂的逆运动学通用求解方法及装置，使用指数积方法建立机械臂末端当前及目标状态下的齐次变换矩阵；定义机械臂当前各自由度角度；使用牛顿‑拉弗森方法，通过比较机械臂末端运动旋量对机械臂各自由度角度进行迭代，从而求出机械臂的运动学逆解；本方法空间构型简洁、末端控制精度高、有利于动力学模型建立，实现了多自由度机械臂的逆运动学通用求解。

主权项：1.一种多自由度机械臂的逆运动学通用求解方法，其特征在于：包括以下步骤：1将所述机械臂各关节自由度当前角度θi作为初始迭代角度，计算所述机械臂当前状态下的末端齐次变换矩阵Ti及运动至目标位置Tf的运动旋量V；2判断所述运动旋量V是否小于等于误差ε，如果是，此时的关节自由度角度即为所述机械臂的逆运动学解，计算终止；如果否，则进入步骤3；3计算所述机械臂各关节的下一迭代自由度角度θi+1，将新各自由度角度θi+1带入步骤1和2，进行迭代计算，直到其满足计算终止条件；所述步骤1还包括以下步骤：1.1利用指数积方法表示空间构型，在三维空间笛卡尔坐标系下构建各自由度的旋转轴矩阵S，构建末端正解T的表达公式；所述步骤1.1还包括以下步骤：1.1.1利用指数积方法表示空间构型，在三维空间笛卡尔坐标系下构建各自由度的旋转轴矩阵；n自由度机械臂的单位旋转轴矩阵为： 其中ω为n自由度机械臂各自由度旋转轴单位角速度在三维空间下的表示，v为n自由度机械臂各自由度旋转轴单位线速度在三维空间下的表示；1.1.2通过指数积法表示空间构型，机械臂末端正解公式为： 其中M为机械臂初始状态下末端的齐次变换矩阵，其中[Si]为机械臂第i个自由度的单位旋转矩阵,θi为第i个自由度的旋转角度；所述步骤1还包括以下步骤：1.2令θi为机械臂各关节自由度当前角度，通过上述步骤1.1.2得到机械臂末端当前状态下的齐次变换矩阵Ti；所述步骤1还包括以下步骤：1.3输入机械臂末端目标状态下的齐次变换矩阵Tf，计算机械臂从Ti至Tf的运动旋量V；将机械臂正解对时间求导得到为： 将机械臂正解求逆得到T-1为： 其运动旋量[V]∈se3为： 其中[Sj]为机械臂第j个自由度的单位旋转矩阵,θik为第i次迭代的第k个自由度的旋转角度,为第i次迭代的第j个自由度的旋转速度；所述步骤3还包括以下步骤：3.1计算机械臂各自由度的空间雅可比矩阵J，表示为关于θi的函数： 3.2其空间旋量V表示为：单位时间内，各自由度角度的变化Δθ表示为： 其中J+为其机械臂空间雅可比的伪逆；3.3下一迭代自由度角度θi+1表示为：θi+1＝θi+Δθ将新的各自由度角度θi+1代入步骤2中进行迭代计算。

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