申请/专利权人：海南电网有限责任公司电力科学研究院

申请日：2023-12-29

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117852209A

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;B25J9/16;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.26#实质审查的生效;2024.04.09#公开

摘要：本发明公开的高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法，涉及工机业器人分析，采用如下步骤：S1：基于冗余自由度机器人自运动流形，建立简洁直观的D‑H坐标系关系；S2、运动学建模模块建立各关节坐标系关系和连杆坐标系间的齐次变换方程；S3、冗余分解模块构建同时具备7个旋转关节与1个平移关节高空特种机械臂模型，将一个8自由度机械臂简化成7个自由度；S4、确定待定参数模块基于绝缘杆受到末端抓具的重力Fg和液压缸活塞杆的支撑力Fp，求解相关关节角函数解；S5、逆运动学解析算法基于绝缘段受力下的关节冗余分解，计算关节角度解析式，完成基于绝缘段受力最优的高空特种机械臂逆运动学求解。

主权项：1.一种高空冗余多自由度机械臂逆运动学求解方法，其特征在于包括如下步骤：S1：基于冗余自由度机器人自运动流形，采用逆运动学解析算法，将逆解过程分为运动学建模模块、冗余分解模块、确定待定参数模块、逆运动学解析模块，运动学建模模块根据机器臂构型和连杆特点添置虚拟旋转关节，将移动关节坐标系与旋转坐标系原点重合，建立简洁直观的D-H坐标系关系；S2、运动学建模模块根据机器人工作设定关节极限及绝缘臂俯仰角，确定关联自由度间的数值关系，将笛卡尔空间轨迹直接通过雅克比矩阵转化为关节空间轨迹的逆运动模块，根据机器人机械臂构型与D-H矩阵法建立机器人机械臂连杆坐标关系，并由机械臂构型建立各关节坐标系关系和连杆坐标系间的齐次变换方程及八自由度高空特种机械臂的D-H表，S3、冗余分解模块基于机械臂的高空工作和在电力线路中作业的环境，对机械臂绝缘杆段工作工况进行力学分析，建立不同关节自由度间的内在联系，使得树障清理机械臂工作时绝缘段受力最小，构建同时具备7个旋转关节与1个平移关节高空特种机械臂模型，基于绝缘臂段受力最优条件将一个8自由度机械臂简化成7个自由度，并根据变换方程计算出末端执行器的工具坐标系相对于基坐标系的齐次坐标变换矩阵，得出绝缘臂段受力最优的工况；S4、确定待定参数模块基于绝缘杆受到末端抓具的重力Fg和液压缸活塞杆的支撑力Fp，在机械臂逆运动学求解过程中针对性的加入限制条件，将Fg和Fp沿着绝缘杆的方向进行力的分解，得到平行于绝缘杆方向的力Fgx、Fpx和垂直与绝缘杆方向的力Fgy、Fpy；基于齐次关系矩阵与给定角θ5求解绝缘臂摆动关节角θ6和抓手旋转关节角θ7，求解相关关节角函数解；S5、逆运动学解析算法根据齐次关系矩阵等式与已知关节角求解其它关节角的函数解，将齐次关系矩阵7两端同时乘关节坐标系{2}相对{1}的位姿矩阵的逆得出新关节齐次关系矩阵等式17，基于绝缘段受力最优条件下的关节冗余分解，计算关节角度值的可行解，完成基于绝缘段受力最优的高空特种机械臂逆运动学求解，解决求解机械臂底座旋转角函数式无效问题。

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权利要求：

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