基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法
专利汇可以提供基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学 定位 方法，包括：步骤1，在操作空间范围内，初始化参数；步骤2，将多个非对称单模 块 并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的 叠加 操作；步骤3，设计参数Li,θi之间的关系；步骤4，根据前向运动学约束方程，展开为超越方程，利用 角 度参数的变换，获得致密的多项式方程；步骤5，根据代数对消方法，利用参数 迭代 的方式求解最终的多项式方程；步骤6，计算角度表达式中的关键 节点 ；步骤7，根据变几何桁架操作臂的运动末端 位姿 向量表达式，计算期望 位置 X，方向n；步骤8，实现目标位姿的初步定位。与 现有技术 相比，本发明能提高本发明构建系统的测量 精度 和计算的数值 稳定性 。，下面是基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法专利的具体信息内容。
1.一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在操作空间范围内，初始化参数θ0、L0和X0，其中，θ0表示对应于角度参数集合Θ＝{θ1,θ2,θ3}的初始状态，L0表示对应于主动杆长参数集合L＝{L1,L2,L3}的初始状态，L1＝||A2B2||表示A2B2的长度，L2＝||B2C2||表示B2C2的长度，L3＝||A2C2||表示A2C2的长度，X0表示对应于操作臂移动平台的中心位置向量参数集合X＝{Xi|i＝1,…,n}的初始状态，n依赖非对称单模块个数；
步骤2，通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作；
步骤3，根据Denavit-Hartenberg方程，设计主动杆长参数L＝{L1,L2,L3}与角度参数Θ＝{θ1,θ2,θ3}之间的函数关系；
步骤4，根据前向运动学约束方程，展开为超越方程，利用角度参数的变换，获得致密的多项式方程；
步骤5，根据代数对消方法，利用参数迭代的方式求解最终的多项式方程，由于角度参数约束条件的限制，从多个多项式方程解中获得唯一可行解；
步骤6，根据几何辅助线分析方法，获取关键节点的角度参数表达式，利用多项式方程解，计算角度表达式中的关键节点A2,B2,C2；
步骤7，分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系X，n；根据变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位置X，方向n；
步骤8，根据上述开环操作过程，利用目标位姿信息，实现目标位姿的初步定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤2通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作，具体计算过程如下：
其中，
i＝1,2,…,n，s＝sin,c＝cos。
Ti为旋转矩阵，Xi为中心位移矢量，为操作平台方向法向量，通过机器人学相关知识可知，αi实际为地面坐标系绕X轴旋转到与第i节模块底面坐标系X轴重合时所得的角度，βi实际为地面坐标系按照αi旋转后绕Z轴旋转到与第i节模块底面坐标系Z轴重合时所得的角度，其中i＝1,2,…,n。
3.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤3中，根据Denavit-Hartenberg方程，设计主动杆长参数L＝{L1,L2,L3}的各个范数距离与角度参数Θ＝{θ1,θ2,θ3}之间的函数关系具体为：
分别计算出顶点关键A2,B2,C2，可分别表示A2＝A2(θ1),B2＝B2(θ2),C2＝C2(θ3)，即，每个顶点仅依赖一个角度参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤4中，根据步骤3的前向运动学约束方程，利用角度参数的变换，展开为超越方程，
获得致密的多项式方程；
其中，
A＝{Aij|i＝1,2,3,j＝1,2,…,5}表示超越方程通过参数变换得到致密多项式方程的系数集合。
5.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤5)具体为：
利用参数迭代的过程实现最终方程的代数对消，从而获得致密性多项式方程的多个解，进一步根据角度参数约束条件，从存在的多解中获得非对称变几何操作臂的前向运动学唯一解。
6.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，为了简化，a＝||A1B1||表示A1B1的长度，b＝||B1C1||表示B1C1的长度，c＝||A1C1||表示A1C1的长度，A1表示顶点A1的角度，B1表示顶点B1的角度，C1表示顶点C1的角度，所述的步骤6具体计算过程如下：
1)利用几何辅助线方法，坐标点A2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H1，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oa，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I1，其中，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点A2的参数表达式，
2)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点B2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H2，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Ob，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I2，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点B2的参数表达式，
3)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点可C2获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H3，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oc，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I3，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点C2的参数表达式，
7.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤7具体过程如下：
其中,
其中，X为操作臂移动平台的中心位置向量，n为操作臂移动平台的方向法向量；通过设计可控参数θ1,θ2,θ3，并通过利用节点A2,B2,C2的参数表达式，获得非对称操作臂的前向运动学唯一解，操作臂移动平台的旋转与平移矩阵可被获得，进而可确定平台末端位姿期望向量X，n；κ值表示操作臂运动平台的顶点数目，元素{A2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点A2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{B2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点B2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{C2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点C2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴。
8.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，根据步骤8)中的位姿信息对路径规划进行综合显示。
基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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