申请/专利权人：北京精密机电控制设备研究所

申请日：2022-03-30

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN114800491B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2022.08.16#实质审查的生效;2022.07.29#公开

摘要：本发明涉及一种冗余机械臂零空间避障规划方法，属于机械臂避障设计领域；利用机械臂零空间的旋转轴和臂形角的参考平面建立臂型面坐标系AX′Y′Z′；将障碍物进行三维建模，利用机械臂基坐标系BXYZ与障碍物的空间关系，将障碍物向臂型面坐标系AX′Y′Z′的X′Y′平面投影；利用机械臂基坐标系BXYZ与臂型面坐标系AX′Y′Z′的空间关系，将障碍物在机械臂基坐标系BXYZ内的投影转化到臂型面坐标系AX′Y′Z′的X′Y′平面内；上述三维模型简化为二维空间后，利用臂形角与障碍物的二维几何关系进行避障计算；本发明将三维空间简化为二维空间，包括障碍物的简化以及避障空间的简化，计算量大大降低。

主权项：1.一种冗余机械臂零空间避障规划方法，其特征在于：包括：制作7个关节和基座组成的机械臂，7个关节分别为第一关节、第二关节、……、第七关节；第一关节与基座连接；第二关节、……、第七关节与第一关节依次串联；设定第一关节、第二关节、……、第七关节的旋转角度为θ1、θ2、……、θ7；其中，第一关节、第二关节、第三关节为机械臂的肩部；第四关节为机械臂的肘部；第五关节、第六关节、第七关节为机械臂的腕部；设定第一关节、第二关节、第三关节的轴线相交于S点；第五关节、第六关节、第七关节的轴线相交于W点；第四关节位于原点E′；SE′W所在平面为臂型面；当机械臂末端位姿给定后，臂型面绕SW旋转；设定第一关节轴线方向的矢量J1z与SW组成参考平面SEW，设定臂型面SE′W与参考平面SEW的夹角为臂角建立臂型面坐标系AX′Y′Z′；建立机械臂基坐标系BXYZ，建立第一障碍物C和第二障碍物D；将第一障碍物C和第二障碍物D向臂型面坐标系的AX′Y′平面投影；臂型面SE′W与X′轴正方形的夹角记为臂形角此时，机械臂基坐标系BXYZ下的障碍物随着机械臂的运动在臂型面坐标系AX′Y′Z′中运动；此时寻找臂形角的目标则是臂型面SE′W的在AX′Y′平面投影线AE′与所有障碍物之间的最小距离最大；建立机械臂DH建模图；第一关节、第二关节、……、第七关节在DH建模中自动生成各关节的对应坐标系；获得第七关节相对于机械臂基坐标系的位姿矩阵0T7；设定0x7为第七关节的位置的表达式、0R7为第七关节的姿态的表达式；计算在机械臂基坐标系BXYZ下S点指向W点的向量0xsw的表达式；令w＝0xsw，定义v为机械臂基坐标系BXYZ中Z轴的方向向量，即v＝[001]′；计算矢量J1z与SW组成的参考平面与w的垂直向量k；对向量k进行单位化处理得到臂型面坐标系AX′Y′Z′的X′轴的单位向量kn；则期望臂形角即为AE′与臂型面坐标系AX′Y′Z′的X′轴的夹角；将障碍物向臂型面坐标系AX′Y′Z′的X′Y′面投影后，求解最优臂形角转化为求解AE′所在直线y＝mx的斜率m，使障碍物C、D的圆心与直线y＝mx的距离减去半径均最远；设第一障碍物C的坐标为xC,yC，半径为RC；第二障碍物D的坐标为xD,yD，半径为RD；AE′所在直线y＝mx，存在两种情况：S1、当xD,yD的连线穿过臂型面坐标系AX′Y′Z′的原点A，则AE′所在直线y＝mx的斜率而AE′方向存在2种，即远离坐标原点或指向坐标原点；计算S1情况下的期望臂形角，并选取最优臂形角；S2、当xC,yC、xD,yD的连线不穿过臂型面坐标系AX′Y′Z′的原点A，求解方程得到两个斜率m1和m2；即向量AE′的方向存在4种情况，斜率为m1时的两个方向和斜率为m2的两个方向；计算S2情况下的期望臂形角，并选取最优臂形角；完成避障规划。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京精密机电控制设备研究所 一种冗余机械臂零空间避障规划方法

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