CN106514636A - 一种机器人末端位姿分析方法 - Google Patents

一种机器人末端位姿分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106514636A
CN106514636A CN201611168697.9A CN201611168697A CN106514636A CN 106514636 A CN106514636 A CN 106514636A CN 201611168697 A CN201611168697 A CN 201611168697A CN 106514636 A CN106514636 A CN 106514636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
tail end
connecting rod
speed
analysis method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611168697.9A
Other languages
English (en)
Inventor
廖赐洲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Dizhou Automation Science & Technology Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Dizhou Automation Science & Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Dizhou Automation Science & Technology Co Ltd filed Critical Ningbo Dizhou Automation Science & Technology Co Ltd
Priority to CN201611168697.9A priority Critical patent/CN106514636A/zh
Publication of CN106514636A publication Critical patent/CN106514636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/046—Revolute coordinate type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1607—Calculation of inertia, jacobian matrixes and inverses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种机器人末端位姿分析方法，以连杆长度、关节转角、连杆距离和连杆转角四个构型参数表示各轴间的转换矩阵，以三次旋转轴的旋转角度来表示机器人末端相对参考坐标系的姿态，包括：通过正向运动学利用各轴间的转换矩阵和三次旋转轴推导出机器人末端相对参考坐标系的位置和姿态；比较末端点预计位置与末端点实际位置，算出速度修正量；利用角速度转换矩阵算出末端点预期速度，加入速度修正量后得到末端点速度；再利用逆向运动学将得到的机器人末端相对参考坐标系的速度转换为各关节的角速度；控制各关节角速度在最大速度限制之下，将各关节的角速度加上目前位置得到各关节所需的转动角度。本发明处理过程简单，且能够确保一定的精度。

Description

一种机器人末端位姿分析方法
技术领域
本发明涉及机器人运动学技术领域，特别是涉及一种机器人末端位置分析方法。
背景技术
多自由度机器人精度和全反馈控制研究中，末端位姿检测是一个必须解决的问题，利用先进的多维检测仪器测量末端的多维位姿是最直接的办法，但设备过于昂贵，不利于在工程实际推广，于是很多学者研究视觉或图像与超声传感器融合进行机器人末端位姿的测量，但是这种方法检测精度与目标的活动范围成反比，无法在一个较大的范围内保持相应的精度，而且数据处理过程较为繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人末端位姿分析方法，处理过程简单，且能够确保一定的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种机器人末端位姿分析方法，以连杆长度、关节转角、连杆距离和连杆转角四个构型参数表示各轴间的转换矩阵，以三次旋转轴的旋转角度来表示机器人末端相对参考坐标系的姿态，包括以下步骤：
(1)通过正向运动学利用各轴间的转换矩阵和三次旋转轴推导出机器人末端相对参考坐标系的位置和姿态；
(2)比较末端点预计位置与末端点实际位置，算出速度修正量；
(3)利用角速度转换矩阵算出末端点预期速度，加入速度修正量后得到末端点速度；
(4)再通过逆向运动学利用雅克比矩阵将得到的机器人末端相对参考坐标系的速度转换为各关节的角速度；
(5)控制各关节角速度在最大速度限制之下，将各关节的角速度加上目前位置得到各关节所需的转动角度。
所述连杆长度为连杆两端关节轴线间的公垂线长度；所述关节转角为连杆两端关节轴线间的交错角；所述连杆距离为关节两端连杆间的公垂线长度；所述连杆转角为关节两端连杆间的交错角。
所述三次旋转轴的旋转角度分别为以参考坐标系的x轴为轴心旋转度、以参考坐标系的y轴为轴心旋转θ度和以参考坐标系的z轴为轴心旋转φ度。
所述步骤(4)中的雅克比矩阵为其中，zi为各关节的轴向，pi为各关节到末端位置点的距离。
所述步骤(4)中当得到的角速度不唯一时判断为奇异点。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用雅可比矩阵，将六轴机器人末端点在空间中移动转为各轴实际的运动状况，其适用于任何机构，只要改变构型(DH)参数，不须更改算法即可实现。另外，本发明的逆向动力学的奇异点较好判断，也较容易处理，且能确保一定的精度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种机器人末端位姿分析方法，以连杆长度、关节转角、连杆距离和连杆转角四个构型参数表示各轴间的转换矩阵，以三次旋转轴的旋转角度来表示机器人末端相对参考坐标系的姿态，其中，各轴间的转换矩阵为：其中，所述连杆长度a为连杆两端关节轴线间的公垂线长度；所述关节转角α为连杆两端关节轴线间的交错角；所述连杆距离d为关节两端连杆间的公垂线长度；所述连杆转角β为关节两端连杆间的交错角，所述三次旋转轴的旋转角度分别为以参考坐标系的x轴为轴心旋转度、以参考坐标系的y轴为轴心旋转θ度和以参考坐标系的z轴为轴心旋转φ度，具体包括以下步骤：
通过正向运动学利用各轴间的转换矩阵和三次旋转轴推导出机器人末端相对参考坐标系的位置和姿态；也就是说，如果已知机器人的构型(DH)参数，就可以由各轴角度推导出机器人末端相对参考坐标系的位置和姿态，该位置和姿态具有唯一性。
比较末端点预计位置与末端点实际位置，算出速度修正量。利用角速度转换矩阵算出末端点预期速度，加入速度修正量后得到末端点速度；机器人在参考坐标系中变化姿态时是以欧拉角改变来表示，但是欧拉角微分不是机器人变化姿态的角速度，因此需要再经过一个矩阵转换，将这个矩阵称为角速度转换矩阵姿态欧拉角微分与机器人变化姿态的角速度关系如下：
再通过逆向运动学利用雅克比矩阵将得到的机器人末端相对参考坐标系的速度转换为各关节的角速度，计算方式为其中，雅克比矩阵为其中，zi为各关节的轴向，pi为各关节到末端位置点的距离。当得到的角速度不唯一时判断为奇异点。
最后控制各关节角速度在最大速度限制之下，将各关节的角速度加上目前位置得到各关节所需的转动角度。

Claims (5)

1.一种机器人末端位姿分析方法，其特征在于，以连杆长度、关节转角、连杆距离和连杆转角四个构型参数表示各轴间的转换矩阵，以三次旋转轴的旋转角度来表示机器人末端相对参考坐标系的姿态，包括以下步骤：
(1)通过正向运动学利用各轴间的转换矩阵和三次旋转轴推导出机器人末端相对参考坐标系的位置和姿态；
(2)比较末端点预计位置与末端点实际位置，算出速度修正量；
(3)利用角速度转换矩阵算出末端点预期速度，加入速度修正量后得到末端点速度；
(4)再通过逆向运动学利用雅克比矩阵将得到的机器人末端相对参考坐标系的速度转换为各关节的角速度；
(5)控制各关节角速度在最大速度限制之下，将各关节的角速度加上目前位置得到各关节所需的转动角度。
2.根据权利要求1所述的机器人末端位姿分析方法，其特征在于，所述连杆长度为连杆两端关节轴线间的公垂线长度；所述关节转角为连杆两端关节轴线间的交错角；所述连杆距离为关节两端连杆间的公垂线长度；所述连杆转角为关节两端连杆间的交错角。
3.根据权利要求1所述的机器人末端位姿分析方法，其特征在于，所述三次旋转轴的旋转角度分别为以参考坐标系的x轴为轴心旋转度、以参考坐标系的y轴为轴心旋转θ度和以参考坐标系的z轴为轴心旋转φ度。
4.根据权利要求1所述的机器人末端位姿分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中的雅克比矩阵为其中，zi为各关节的轴向，pi为各关节到末端位置点的距离。
5.根据权利要求1所述的机器人末端位姿分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中当得到的角速度不唯一时判断为奇异点。
CN201611168697.9A 2016-12-16 2016-12-16 一种机器人末端位姿分析方法 Pending CN106514636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611168697.9A CN106514636A (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种机器人末端位姿分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611168697.9A CN106514636A (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种机器人末端位姿分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106514636A true CN106514636A (zh) 2017-03-22

Family

ID=58340928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611168697.9A Pending CN106514636A (zh) 2016-12-16 2016-12-16 一种机器人末端位姿分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106514636A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107685330A (zh) * 2017-10-18 2018-02-13 佛山华数机器人有限公司 一种六自由度手腕偏置串联机器人的运动学逆解求解方法
CN109159151A (zh) * 2018-10-23 2019-01-08 北京无线电测量研究所 一种机械臂空间轨迹跟踪动态补偿方法和***
CN109176531A (zh) * 2018-10-26 2019-01-11 北京无线电测量研究所 一种串联型机器人运动学标定方法和***
CN109591023A (zh) * 2018-12-30 2019-04-09 深圳市优必选科技有限公司 串联机器人的迭代计算方法及串联机器人
CN110405762A (zh) * 2019-07-22 2019-11-05 北京理工大学 一种基于空间二阶倒立摆模型的双足机器人姿态控制方法
CN115008468A (zh) * 2022-07-04 2022-09-06 中国科学院沈阳自动化研究所 一种机械臂姿态速度规划控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102692873A (zh) * 2012-05-07 2012-09-26 上海理工大学 工业机器人定位精度标定方法
WO2014009551A1 (de) * 2012-07-13 2014-01-16 Dango & Dienenthal Maschinenbau Gmbh Lasthebevorrichtung, manipulator oder dergleichen
EP2705934A2 (en) * 2012-09-10 2014-03-12 CVUT V Praze, Fakulta Strojní A method and a device for change of rigidity of a serial or parallel basic movable mechanism, especially of industrial robots and machining machines
CN105397802A (zh) * 2015-11-30 2016-03-16 梅江平 一种四自由度同轴输出机构
CN105598957A (zh) * 2016-01-27 2016-05-25 国机集团科学技术研究院有限公司 一种工业机器人运动学建模方法及***
CN105773609A (zh) * 2016-03-16 2016-07-20 南京工业大学 一种基于视觉测量及距离误差模型的机器人运动学标定方法
CN106078705A (zh) * 2016-04-20 2016-11-09 南京理工大学 汽车驾驶机器人换挡机械手尺寸的智能优化方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102692873A (zh) * 2012-05-07 2012-09-26 上海理工大学 工业机器人定位精度标定方法
WO2014009551A1 (de) * 2012-07-13 2014-01-16 Dango & Dienenthal Maschinenbau Gmbh Lasthebevorrichtung, manipulator oder dergleichen
EP2705934A2 (en) * 2012-09-10 2014-03-12 CVUT V Praze, Fakulta Strojní A method and a device for change of rigidity of a serial or parallel basic movable mechanism, especially of industrial robots and machining machines
CN105397802A (zh) * 2015-11-30 2016-03-16 梅江平 一种四自由度同轴输出机构
CN105598957A (zh) * 2016-01-27 2016-05-25 国机集团科学技术研究院有限公司 一种工业机器人运动学建模方法及***
CN105773609A (zh) * 2016-03-16 2016-07-20 南京工业大学 一种基于视觉测量及距离误差模型的机器人运动学标定方法
CN106078705A (zh) * 2016-04-20 2016-11-09 南京理工大学 汽车驾驶机器人换挡机械手尺寸的智能优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韩建海: "《工业机器人》", 31 July 2015, 华中科技大学出版社 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107685330A (zh) * 2017-10-18 2018-02-13 佛山华数机器人有限公司 一种六自由度手腕偏置串联机器人的运动学逆解求解方法
CN109159151A (zh) * 2018-10-23 2019-01-08 北京无线电测量研究所 一种机械臂空间轨迹跟踪动态补偿方法和***
CN109159151B (zh) * 2018-10-23 2021-12-10 北京无线电测量研究所 一种机械臂空间轨迹跟踪动态补偿方法和***
CN109176531A (zh) * 2018-10-26 2019-01-11 北京无线电测量研究所 一种串联型机器人运动学标定方法和***
CN109591023A (zh) * 2018-12-30 2019-04-09 深圳市优必选科技有限公司 串联机器人的迭代计算方法及串联机器人
CN109591023B (zh) * 2018-12-30 2020-09-08 深圳市优必选科技有限公司 串联机器人的迭代计算方法及串联机器人
CN110405762A (zh) * 2019-07-22 2019-11-05 北京理工大学 一种基于空间二阶倒立摆模型的双足机器人姿态控制方法
CN110405762B (zh) * 2019-07-22 2020-09-25 北京理工大学 一种基于空间二阶倒立摆模型的双足机器人姿态控制方法
CN115008468A (zh) * 2022-07-04 2022-09-06 中国科学院沈阳自动化研究所 一种机械臂姿态速度规划控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106514636A (zh) 一种机器人末端位姿分析方法
CN104965517B (zh) 一种机器人笛卡尔空间轨迹的规划方法
CN107363813A (zh) 一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教***和方法
CN110371213A (zh) 一种双足机器人步行规划和控制方法
Yang et al. Teleoperated robot writing using EMG signals
CN108638070A (zh) 基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法
CN107791248A (zh) 基于不满足pipper准则的六自由度串联机器人的控制方法
CN111230866A (zh) 一种六轴机器人末端跟随目标物实时位姿的计算方法
Wen et al. Algorithm and experiments of six-dimensional force/torque dynamic measurements based on a Stewart platform
CN111496783A (zh) 一种6r工业机器人逆运动学求解方法
CN108664040A (zh) 三自由度并联机构的姿态角控制方法
CN113070877B (zh) 一种面向七轴机械臂视觉示教的可变姿态映射方法
CN110450154A (zh) 一种基于动力学的机械臂柔性控制方法
CN116330267A (zh) 一种基于工业机器人腕部奇异点计算的控制方法
KR101787865B1 (ko) 다관절 링크 기구의 역운동학 해법, 및 이 역운동학 해법을 이용한 교시 데이터 작성 장치
CN109693235A (zh) 一种仿人眼视觉跟踪装置及其控制方法
CN112975960B (zh) 一种机器人末端精细控制模型的建立与参数校准方法
JP2019180888A (ja) 多節リンク膝継手
Zhuang et al. Dynamic modeling of a spherical robot with arms by using Kane's method
Li et al. Kinematic analysis of 3-RPS parallel mechanism
CN106737592A (zh) 六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法
CN101769294A (zh) 一种铰链装置
Hong et al. Interactive humanoid robot arm imitation system using human upper limb motion tracking
Xia et al. ABB-IRB120 Robot Modeling and Simulation Based on MATLAB
CN108068108A (zh) 平面内摆动伸缩型机器人运动控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170322

RJ01 Rejection of invention patent application after publication