(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210671190.4 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 张耀伦 地址 201900 上海市宝山区电台南路1 1号 (72)发明人 张耀伦　张煜　吕建浩　张盼盼　 张秀芬　张增伦　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 李盛洪 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种协作机 器人的逆运动学求 解方法 (57)摘要 本发明公开了一种协作机器人的逆运动学 求解方法， 包括以下步骤： 建立连杆坐标系， 并设 定各关节轴的转动角度为关节变量； 通过运动学 建模分析得到正运动学方程； 分析和求解逆运动 学， 先进行多个变量的引入， 当下一个相关关节 变量的求解时， 在计算过程中予以保留； 按照所 求得的各个关节变量之间的数学关联和依赖关 系， 实现在不需要其他辅助的筛选匹配算法， 即 可得到所期望的逆运动学求解结果。 协作机器人 的机械结构与一般工业机器人的结构不同， 其一 般性求解将更加困难。 本发明实现了当前协作机 器人逆运动学多解的唯一性确认， 可以保障机器 人逆运动学不存在潜在的跳 变等系统风险。 权利要求书1页 说明书9页 附图6页 CN 115008459 A 2022.09.06 CN 115008459 A 1.一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述逆运动学求解方法包括以 下步骤： S1、 建立连杆坐标系， 并设定协作机器人的各关节轴的转动角 度为关节变量θ1、 θ2、 θ3、 θ4、 θ5、 θ6， 其中关节数目为自协作机器人安装底座由下而上依次的各个驱动电机； S2、 通过运动学建模分析 得到正运动学方程； S3、 求解关节 1的角度， 通过数学分析变换， 采取修正数学函数Atan2， 求解关节 1的角度 值； 通过逆运动学 方程的数 学关系， 求 解关节5的角度值， 然后求 解关节6的角度值； S4、 求解其他逆运动学的关节角度过程中通过计算分析引入多个变量， 并在计算过程 中依据数 学留元关系， 将引入的变量进行保留并代入相关的下一个关节变量的求 解过程； S5、 逆运动学求解过程中存在的多解， 通过求解过程中的数学关联和依赖关系， 得到期 望的逆运动学求 解结果的唯一 性。 2.根据权利要求1所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述步骤 S2在求解关节1的角度的过程中， 通过数学分析变换， 采 取修正数学函数Atan2， 结合投影矢 量关系求 解关节1的角度值。 3.根据权利要求1所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述步骤 S2中， 通过方程中数学关系， 求解关节5的角度值， 然后求解关节6的角度值， 然后再依次求 解关节3、 关节 2和关节4的角度值。 4.根据权利要求3所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述逆运 动学求解方法包括以下步骤： 当关节5的角度值为0时， 在运动过程中设关节6的角度为0， 然 后依次解算其他关节的角度值； 在机器人运动控制过程中规划关节5运动， 使其偏离零度 值。 5.根据权利要求1所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述步骤 S4在求解关节3的角度的过程中， 通过步骤S2获得关节角度 1的值， 求得关节2的当前位置， 并依据关节5和关节6的值求得关节4的当前位置， 结合关节2和关节 4的位置信息， 通过三角 形的余弦定理， 求得关节3的角度值。 6.根据权利要求1所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述步骤 S4在求解关节2的角度的过程中， 通过引入关节1和关节3的关节变量， 通过留元的方式求解 数学方程组求 解出关节 2的角度值。 7.根据权利要求1所述的一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述步骤 S4在求解关节4的角度的过程中， 通过引入的各关节变量和逆运动学方程的数学关系求解 关节4的角度值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115008459 A 2一种协作机 器人的逆运动学求 解方法 技术领域 [0001]本发明涉及协作机器人和逆运动学技术领域， 具体涉及 一种协作机器人的逆运动 学求解方法。 背景技术 [0002]自2008年世界上首台协作机器人UR5问世以来， 协作机器人发展迅速。 全球机器人 四大机家族也纷纷推出各自的协作机械臂， 国内机器人厂商傲博等也推出相关的协作机器 人。 同时， 各个厂家推出的协作机器人的结构布局与UR5相仿 。 [0003]与常见的工业机器人不 同， 协作机器人的机械结构存在较大不 同。 逆运动学是其 他机器人技术分析的基础。 然而由于机器人是一个复杂的多变量、 强耦合、 高度非线性系 统， 逆运动学的求解涉及非线性的高维方程组， 超越方程的求解极其复杂。 加上协作机器人 的结构与一般工业机器人结构不同， 求解难度和方式与常规工业机器人不同， 其一般性求 解和多解 性处理更加困难。 [0004]当前虽然存在对传统工业机械臂的逆解唯一性的算法， 但由于协作机械臂在第一 个关节即存在连杆偏距， 造成当前公开算法难以完成对协作机械臂的便利求解和多解唯一 性确认。 因此， 对于协作机器人逆运动学的高精度求解问题， 亟需解决协作机器人逆运动学 多解的唯一 性问题， 其对于协作机器人的发展和应用具有举足轻重的意 义。 发明内容 [0005]本发明的目的是针对现有技术中协作机器人引起结构与普通机器人不同， 如何解 决逆运动学的求 解和多解的唯一 性问题， 提供一种协作机器人的逆运动学求 解方法。 [0006]本发明的目的可以通过采取如下技 术方案达到： [0007]一种协作机器人的逆运动学求解方法， 其特征在于， 所述逆运动学求解方法包括 以下步骤： [0008]S1、 建立连杆坐标系， 并设定协作机器 人的各关节轴的转动角度为关节变量θ1、 θ2、 θ3、 θ4、 θ5、 θ6， 其中关节数目为自协作机器人安装底座由下而上依次的各个驱动电机； [0009]S2、 通过运动学建模分析 得到正运动学方程； [0010]S3、 求解关节1的角度， 通过数学分析变换， 采取修正数学函数Atan2， 求解关节1的 角度值； 通过逆运动学 方程的数 学关系， 求 解关节5的角度值， 然后求 解关节6的角度值； [0011]S4、 求解其他逆运动学的关节角 度过程中通过计算分析引入多个变量， 并在计算 过程中依据数学留元关系， 将引入的变量进 行保留并代入相关的下一个关节变量的求解过 程； [0012]S5、 逆运动学求解过程中存在的多解， 通过求解过程中的数学关联和依赖关系， 得 到期望的逆运动学求 解结果的唯一 性。 [0013]进一步地， 所述步骤S2在求解关节1的角度的过程中， 通过数学分析变换， 采取修 正数学函数Atan2， 结合投影矢量关系求 解关节1的角度值。说　明　书 1/9 页 3 CN 115008459 A 3