CN109864819A - 一种获取机器人机械手运动学模型的方法 - Google Patents
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Abstract
一种获取机器人机械手运动学模型的方法属于机器人机械手控制领域；如何实现机器人机械手的运动学模型；包括获取具有五个自由度的机器人机械手；利用Denavit‑Hartenberg变换方法，建立每个链节的坐标系相对于前一个链节的坐标系的位置的均匀变换矩阵，将操纵器抓持器的坐标从与最后一个链接相关联的参考系统连续地转换作为基本参考系统；制定机器人操纵器的链接的参数值表；确定机器人操纵器的任何第i个链接相对于任何第j个坐标系的坐标系的位置；使用带有RoboticToolbox软件包的Matlab软件环境计算连接杆位置和方向；将Matlab软件结果模型可视化并与真实对象互连，产生的运动学模型用于机器人操纵器的控制算法的构造，能够调试和校准机器人机械手，实现机器人机械手的运动学模型。
Description
技术领域
本发明属于机器人机械手控制领域，尤其涉及一种获取机器人机械手运动学模型的方法。
背景技术
微创外科手术是通过小切口把细长腹腔镜和微小手术器械植入患者体内，医生借助监视器图像进行微创手术，这种使患者的术后最小化的手术，较传统开放式手术具有创伤小、减轻患者痛苦、减少术后并发症、术后恢复快等优点。现有的机器人腹腔镜支架具有不同数量的自由度，链节和连接的尺寸。然而，可以得出结论，所提出的用于摄像机的自动控制系统的使用不依赖于机器人的配置。从运动学的角度来看，操纵机器人可以被认为是串联连接的实心链的开链。该链条的一端连接到操纵器的底座，另一端配备有夹紧装置。机器人的自由度数是系统可能的位移数。机器人的每个链路由局部坐标系描述，此外，整个机器人系统可以通过外部坐标系统确定。外部坐标系位于机器人的底部。因此，自由度的数量决定了局部坐标系的数量并影响了机器人的运动学模型，而不是控制方法，因此为了为了解决了经典的直接运动学问题，需要实现机器人机械手的运动学模型。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种获取机器人机械手运动学模型的方法，通过计算机器人机械手的位置和方向，实现了机器人机械手的运动学模型，解决了经典的直接直接运动学模块问题。
本发明的技术方案：
一种获取机器人机械手运动学模型的方法，包括以下步骤：
步骤a、获取具有五个自由度的机器人机械手，并且包括六个与杠杆旋转对相关的连杆；
步骤b、利用Denavit-Hartenberg变换方法，建立每个链节的坐标系相对于前一个链节的坐标系的位置的均匀变换矩阵，将操纵器抓持器的坐标从与最后一个链接相关联的参考系统连续地转换作为基本参考系统；
步骤c、制定机器人操纵器的链接的参数值表；
步骤d、通过步骤b和步骤c，确定机器人操纵器的任何第i个链接相对于任何第j个坐标系的坐标系的位置；
步骤e、通过使用带有RoboticToolbox软件包的Matlab软件环境计算连接杆位置和方向；
步骤f、将Matlab软件结果模型可视化并与真实对象互连，产生的运动学模型用于机器人操纵器的控制算法的构造，能够调试和校准机器人机械手。
进一步地，所述Denavit-Hartenberg变换方法是使用与运动链中每个链路相关联的坐标系的顺序构造的矩阵方法。
进一步地，所述Denavit-Hartenberg变换方法之后，所有链路编译变换矩阵，其关联第i和第i-1坐标系。
进一步地，所述带有RoboticToolbox软件包的Matlab软件环境能够可视化结果并设置机器人操纵器的参数。
进一步地，所述计算连接杆位置和方向包括机器人工具箱的标准功能用于构建机器人操纵器的模型，函数Link()创建一个对象向量，所述函数通过输入参数创建一个链接，使用SerialLink命令，链接功能描述的所有链接都已连接；解决了五连杆机器人的直接运动学问题，解决逆运动学问题，并进行机器人仿真，进行定位算法和控制。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供了一种获取机器人机械手运动学模型的方法，通过计算机器人机械手的位置和方向，实现了机器人机械手的运动学模型，并描述相邻链路之间的旋转和平移链接，解决了经典的直接直接运动学模块问题。
附图说明
图1是本发明手术持臂器运动结构图；
图2是本发明分解机械手的链接示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一
一种获取机器人机械手运动学模型的方法，包括以下步骤：
步骤a、获取具有五个自由度的机器人机械手，并且包括六个与杠杆旋转对相关的连杆，如图1所示，为手术持臂器运动结构图，包括旋转累的部分，操纵器的连杆的旋转围绕其自身的轴线以190度进行，机器人机械手的运动在球面坐标系中进行，确保位置最大的工作区域，由于机器人机械手的链节的相对角度旋转，发生工作体的运动，工作体包括夹具；
步骤b、如图2所示，利用Denavit-Hartenberg变换方法，建立每个链节的坐标系相对于前一个链节的坐标系的位置的均匀变换矩阵，将操纵器抓持器的坐标从与最后一个链接相关联的参考系统连续地转换作为基本参考系统；
步骤c、制定机器人操纵器的链接的参数值表表1，表1给出了操纵器的广义参数；
表1机器人操纵器的链接的参数值表а
| 序号 | θ | d | a(i) | α | Ω |
| 1 | q<sub>1</sub> | 12.8 | 0 | 1900 | R |
| 2 | q<sub>2</sub> | 0 | 15 | 1900 | R |
| 3 | q<sub>3</sub> | 0 | 12.2 | 1900 | R |
| 4 | q<sub>4</sub> | 0 | 0 | 1900 | R |
| 5 | q<sub>5</sub> | 0 | 0 | 1900 | R |
表1中，Ω是链接的类型；R是旋转型链接；α是机械手连杆的旋转角度，为常数值；a(i)是链接长度；d是链接的偏移量；θ是机械手关节之间的角度；机械手关节位置Ci＝cos(θi+θj+θk),机械手关节位置Si＝sin(θi+θj+θk)。
步骤d、通过步骤b和步骤c，确定机器人操纵器的任何第i个链接相对于任何第j个坐标系的坐标系的位置A，公式如下：
步骤e、通过使用带有RoboticToolbox软件包的Matlab软件环境计算连接杆位置和方向；
步骤f、将Matlab软件结果模型可视化并与真实对象互连，产生的运动学模型用于机器人操纵器的控制算法的构造，能够调试和校准机器人机械手。
具体地，所述Denavit-Hartenberg变换方法是使用与运动链中每个链路相关联的坐标系的顺序构造的矩阵方法。
具体地，所述Denavit-Hartenberg变换方法之后，所有链路编译变换矩阵，其关联第i和第i-1坐标系。
具体地，所述带有RoboticToolbox软件包的Matlab软件环境能够可视化结果并设置机器人操纵器的参数。
具体地，所述计算连接杆位置和方向包括机器人工具箱的标准功能用于构建机器人操纵器的模型，函数Link()创建一个对象向量，所述函数通过输入参数创建一个链接，使用SerialLink命令，链接功能描述的所有链接都已连接；解决了五连杆机器人的直接运动学问题，解决逆运动学问题，并进行机器人仿真，进行定位算法和控制。
Claims (5)
1.一种获取机器人机械手运动学模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、获取具有五个自由度的机器人机械手，并且包括六个与杠杆旋转对相关的连杆；
步骤b、利用Denavit-Hartenberg变换方法，建立每个链节的坐标系相对于前一个链节的坐标系的位置的均匀变换矩阵，将操纵器抓持器的坐标从与最后一个链接相关联的参考系统连续地转换作为基本参考系统；
步骤c、制定机器人操纵器的链接的参数值表；
步骤d、通过步骤b和步骤c，确定机器人操纵器的任何第i个链接相对于任何第j个坐标系的坐标系的位置；
步骤e、通过使用带有Robotic Toolbox软件包的Matlab软件环境计算连接杆位置和方向；
步骤f、将Matlab软件结果模型可视化并与真实对象互连，产生的运动学模型用于机器人操纵器的控制算法的构造，能够调试和校准机器人机械手。
2.根据权利要求1所述一种获取机器人机械手运动学模型的方法，其特征在于，所述Denavit-Hartenberg变换方法是使用与运动链中每个链路相关联的坐标系的顺序构造的矩阵方法。
3.根据权利要求2所述一种获取机器人机械手运动学模型的方法，其特征在于，所述Denavit-Hartenberg变换方法之后，所有链路编译变换矩阵，其关联第i和第i-1坐标系。
4.根据权利要求1所述一种获取机器人机械手运动学模型的方法，其特征在于，所述带有Robotic Toolbox软件包的Matlab软件环境能够可视化结果并设置机器人操纵器的参数。
5.根据权利要求1所述一种获取机器人机械手运动学模型的方法，其特征在于，所述计算连接杆位置和方向包括机器人工具箱的标准功能用于构建机器人操纵器的模型，函数Link()创建一个对象向量，所述函数通过输入参数创建一个链接，使用SerialLink命令，链接功能描述的所有链接都已连接；解决了五连杆机器人的直接运动学问题，解决逆运动学问题，并进行机器人仿真，进行定位算法和控制。
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2019
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