CN113103229A - 机器人连杆上力对轴之矩的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人连杆上力对轴之矩的实现方法，其特征在于：给定机器人连杆上某轴线向量n和轴线上的任一点A以及作用在操作臂上的作用力F和作用线上任一点B，计算作用力F对轴n之矩。第一步，将轴线向量n进行单位化，设为v ₀；第二步，计算轴n到作用力F作用线的矢径r= AB；第三步，作用力F对轴n之矩等于行列式|v ₀，r，F|的值。采用本发明的方法计算机器人连杆上力对轴之矩，计算机控制程序代码少，计算量少，计算速度快。另外，本发明的方法可以实现动量对轴之矩。

Description

机器人连杆上力对轴之矩的实现方法

技术领域

本发明涉及机器人技术和力学领域，尤其涉及机器人连杆上力对轴之矩的实现方法。

背景技术

随着机器人技术的推广，机器人逐步进入人们的生产与生活中。机器人力控制的作用越来越大，以广泛地应用在康复训练、人机协作和生产等领域。力对轴之矩是一个重要的技术指标，方便快捷的计算力对任何轴之矩是必要的。力对点之矩矢和力对坐标轴之矩的计算方法是常见的，但该方法用于力对任意轴之矩就很不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方法的不足，使用行列式直接求出力对任意方位的轴之矩。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

机器人连杆上力对轴之矩的实现方法，其特征在于；给定机器人连杆上某轴线向量n(n _x,n _y,n _z)和轴线上的任一点A(A _x,A _y,A _z)以及作用在连杆上的作用力F（F _x,F _y,F _z）和作用线上任一点B（B _x,B _y,B _z），计算作用力F对轴n之矩的实现方法，包括以下步骤：

步骤1：将轴线向量n进行单位化，设为v ₀(v _x,v _y,v _z)，则v ₀=n/||n||，其中||n||表示向量n的模；

步骤2：计算轴n到作用力F作用线的矢径r=AB，即(r _x,r _y,r _z)=(B _x-A _x,B _y-A _y,B _z-A _z)；

步骤3：作用力F对轴n之矩等于行列式| v ₀，r，F|的值，表示为：

Det[{v _x,v _y,v _z },{ r _x,r _y,r _z },{ F _x,F _y,F _z }]=F _z r _y v _x - F _y r _z v _x - F _z r _x v _y + F _x r _z v _y+ F _y r _x v _z - F _x r _y v _z.

流程图如图1所示。

附图说明

图1为机器人连杆上力对轴之矩的实现流程图；

图2为机器人连杆上转轴和作用力的示意图；

图3为直角坐标系下一连杆受力示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并

非用于限定本发明的范围。

实施例1：

如图2所示，已知机器人连杆上轴线的位置A和方向向量n以及连杆上作用力F和作用点B，求作用力F对轴线n之矩，具体计算方法包括以下步骤：

步骤1：将轴线向量n进行单位化，设为v ₀(v _x,v _y,v _z)，则v ₀=n/||n||；

步骤2：计算轴n到作用力F作用线的矢径r=AB，即(r _x,r _y,r _z)=(B _x-A _x,B _y-A _y,B _z-A _z)；其中A为轴n上任一点，B为作用力F作用线上任一点，不影响下一步骤的计算；

步骤3：作用力F对轴n之矩等于行列式| v ₀，r，F|的值，表示为：

Det[{v _x,v _y,v _z },{ r _x,r _y,r _z },{ F _x,F _y,F _z }]=F _z r _y v _x - F _y r _z v _x - F _z r _x v _y + F _x r _z v _y+ F _y r _x v _z - F _x r _y v _z。

实施例2：

如图3所示，在直角坐标系下一立方体连杆受力F ₁和F ₂的作用，计算F ₁和F ₂对轴OA 之矩。设立方体边长a，F ₁=F(i+j),F ₂=F(-i+k)，则OA的单位向量n=(i+j+k)/

。

(1)计算力F ₁对轴OA之矩。为验证算法，取轴OA上的A点和力作用线上C点，则矢径r=AC=ak，力F ₁对轴OA之矩为

|n,r,F ₁|=

=0

很明显，因为力F ₁对轴OA相交于A点，故力F ₁对轴OA之矩为0，与上述计算结果相同。

(2)计算力F ₂对轴OA之矩。取轴OA上的A点和力作用线上B点，则矢径r=OB=a(i+j)，力F ₂对轴OA之矩为

|n,r,F ₂|=

=Fa/

如果矢径由轴OA和作用力F ₂上其他点组成，得到与上述相同计算结果。

采用本发明的方法计算机器人连杆的力控制，控制程序代码少，计算量少，计算速度快。另外，本发明的方法也可以实现动量对轴之矩。

本发明的保护范围并不限于以上所给出的实例，凡是根据本发明的思路所能够实现的所有的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.机器人连杆上力对轴之矩的实现方法，其特征在于；给定机器人连杆上某轴线向量n(n _x,n _y,n _z)和轴线上的任一点A(A _x,A _y,A _z)以及作用在连杆上的作用力F（F _x,F _y,F _z）和作用线上任一点B（B _x,B _y,B _z）,计算作用力F对轴n之矩的实现方法包括以下步骤：

步骤1：将轴线向量n进行单位化，设为v ₀(v _x,v _y,v _z)，则v ₀=n/||n||，其中||n||表示向量n的模；

步骤2：计算轴n到作用力F作用线的矢径r=AB，即

(r _x,r _y,r _z)=(B _x-A _x,B _y-A _y,B _z-A _z);

步骤3：作用力F对轴n的矩等于行列式| v ₀，r，F|的值，表示为：

Det[{v _x,v _y,v _z },{ r _x,r _y,r _z },{ F _x,F _y,F _z }]=F _z r _y v _x - F _y r _z v _x - F _z r _x v _y + F _x r _z v _y +F _y r _x v _z - F _x r _y v _z.。

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