CN115805587A - 七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述方法包括：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度；根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系；根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。该方法增加了约束条件，使机器人的运动具有有限组解，同时不会限制机器人的灵活程度。

Description

七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备。

背景技术

七轴机器人的逆解是机器人进行轨迹规划和插补运动时需要解决的问题，而由于多出了一个自由度，对于给定期望的位置和姿态，对应的解有无穷多组。由于其求解过程相对复杂，现有七轴逆运动学解析解算法相对较少。为得到有限组解，多采用锁定某一个关节轴，即设定某个关节角度(如机器人J₃轴)为已知的值，然后再调用六轴机器人的反解算法求解其余六个关节角度，该方法虽然得到了有限组解，但是同时也降低七轴机器人的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备，以在得到有限组解的同时，保证七轴机器人有较好的灵活性。

第一方面，本发明实施例提供了一种七轴机器人的运动解析方法，其中，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述方法包括：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度；根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系；根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角的步骤之前，上述方法包括：构建上述七轴机器人的DH参数模型；根据上述DH参数模型，计算上述腕点的位置以及肩点到腕点的距离；根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度的步骤，包括：根据上述第四配置参数、上述腕点的位置以及上述肩点到腕点的距离，确定上述J₄轴对应的第四关节角度。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度的步骤，包括：根据上述第四关节坐标系，确定J₁轴对应的第一关节坐标系到上述第四关节坐标系的第一旋转矩阵，以及J₅轴对应的第五关节坐标系到J₇轴对应的末端坐标系的第二旋转矩阵；根据上述第一旋转矩阵以及上述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度；根据上述第二旋转矩阵以及上述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据上述第一旋转矩阵以及上述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度的步骤，包括：通过欧拉旋转角度解析方法根据上述第一旋转矩阵以及上述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据上述第二旋转矩阵以及上述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度的步骤，包括：通过欧拉旋转角度解析方法根据上述第二旋转矩阵以及上述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度的步骤，包括：根据余弦定理，确定上述J₄轴对应的中间第四关节角度；根据上述第四配置参数，从上述中间第四关节角度中筛选符合上述第四配置参数的上述J₄轴对应的第四关节角度。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，根据余弦定理，确定上述J₄轴对应的中间第四关节角度的步骤，包括：根据下述公式计算上述J₄轴对应的第四关节角度：

其中，P_s表示上述肩点，P_e表示上述肘点，P_e表示上述腕点，q₄表示上述第四关节角度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，如果上述第四配置参数、上述第二配置参数以及上述第六配置参数不相等，输出上述J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度的8组解。

第二方面，本发明实施例提供了一种七轴机器人的运动解析装置，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述装置包括：参数获取模块，用于获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；第四关节角度计算模块，根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度；第四关节坐标系确定模块，用于根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系；结果输出模块，用于根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，其中，上述电子设备包括处理器和存储器，上述存储器存储有能够被上述处理器执行的机器可执行指令，上述处理器执行上述机器可执行指令以实现第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式任一项的七轴机器人的运动解析方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述方法包括：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度；根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系；根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。该方法增加了约束条件，使机器人的运动具有有限组解，同时不会限制机器人的灵活程度。

本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种七轴机器人的运动解析方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种七轴机器人的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种七轴机器人的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

图标：51-参数获取模块；52-第四关节角度计算模块；53-第四关节坐标系确定模块；54-结果输出模块；61-存储器；62-处理器；63-总线；64-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

七轴机器人的逆解是机器人进行轨迹规划和插补运动时需要解决的问题，而由于多出了一个自由度，对于给定期望的位置和姿态，对应的解有无穷多组。由于其求解过程相对复杂，现有七轴逆运动学解析解算法相对较少。为得到有限组解，多采用锁定某一个关节轴，即设定某个关节角度(如机器人J₃轴)为已知的值，然后再调用六轴机器人的反解算法求解其余六个关节角度，该方法虽然得到了有限组解，但是同时也降低七轴机器人的灵活性。

基于此，本发明实施例提供了一种七轴机器人的运动解析方法、装置及电子设备，该技术增加了约束条件，使机器人的运动具有有限组解，同时不会限制机器人的灵活程度。为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种七轴机器人的运动解析方法进行介绍。

实施例1

如图1为本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析方法的流程示意图。该方法应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连。如图1所见，该方法包括以下步骤：

步骤S101：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角。

步骤S102：根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度。

在本实施例中，根据余弦定理可以计算得到多组上述J₄轴对应的第四关节角度，然后根据上述第四配置参数选择符合要求的上述J₄轴对应的第四关节角度。

步骤S103：根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系。

步骤S104：根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

这里，如果上述第四配置参数、上述第二配置参数以及上述第六配置参数不相等，输出上述J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度的8组解。

本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析方法，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述方法包括：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；根据上述第四配置参数，确定上述J₄轴对应的第四关节角度；根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系；根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。该方法增加了约束条件，使机器人的运动具有有限组解，同时不会限制机器人的灵活程度。

实施例2

在图1所示方法的基础上，本发明还提供了另一种七轴机器人的运动解析方法。图2为本发明实施例提供的另一种七轴机器人的运动解析方法的流程示意图。该方法应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连。如图2所见，该方法包括以下步骤：

步骤S201：构建上述七轴机器人的DH参数模型。

步骤S202：根据上述DH参数模型，计算上述腕点的位置以及肩点到腕点的距离。

步骤S203：获取用户输入的上述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角。

步骤S204：根据上述第四配置参数、上述腕点的位置以及上述肩点到腕点的距离，确定上述J₄轴对应的第四关节角度。

这里，根据余弦定理，确定上述J₄轴对应的中间第四关节角度。然后，根据上述第四配置参数，从上述中间第四关节角度中筛选符合上述第四配置参数的上述J₄轴对应的第四关节角度。其中，根据余弦定理，确定上述J₄轴对应的中间第四关节角度的步骤，包括：

根据下述公式计算上述J₄轴对应的第四关节角度：

其中，P_s表示上述肩点，P_e表示上述肘点，P_e表示上述腕点，q₄表示上述第四关节角度。

步骤S205：根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J₄轴对应的第四关节坐标系。

步骤S206：根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

在本实施例中，上述步骤S206包括下述步骤A1-步骤A3：

步骤A1：根据上述第四关节坐标系，确定J₁轴对应的第一关节坐标系到上述第四关节坐标系的第一旋转矩阵，以及J₅轴对应的第五关节坐标系到J₇轴对应的末端坐标系的第二旋转矩阵。

步骤A2：根据上述第一旋转矩阵以及上述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度。这里，通过欧拉旋转角度解析方法根据上述第一旋转矩阵以及上述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度。

步骤A3：根据上述第二旋转矩阵以及上述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。这里，通过欧拉旋转角度解析方法根据上述第二旋转矩阵以及上述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。

为了便于理解，图3为本发明实施例提供的一种七轴机器人的结构示意图。图4为本发明实施例提供的另一种七轴机器人的结构示意图。

为了便于理解，本发明实施例还提供了下述完整的计算步骤：

由图3所示，J₁轴、J₂轴、J₃轴的关节轴线相交于肩点P_s，J₄轴和J₅轴的关节轴线相交于肘点P_e,J₅轴、J₆轴、J₇轴的关节轴线相交于腕点P_w，参考平面定义为

和J₁轴关节轴线所确定的平面，臂型平面定义为P_sP_w和

所确定的平面，臂型角ψ定义为将参考平面绕着P_sP_w旋转至臂型平面所转过的角度。

假设上述七轴机器人的关节角度为q，

q_i：表示第i个轴关节角度。然后，采用标准D-H法建立机器人的运动学模型，得到机器人每个关节D-H参数：d_i、a_i、α_i，其中i＝(1,2...7)，方法如下：

首先，在第i个关节轴线处建立关节坐标系{i-1}，关节坐标系{i-1}的X轴、轴Y、Z轴的构建方法如下：

Z_i-1：第i个关节轴线，正方向满足右手螺旋定则。

X_i-1：第i-1个关节轴线和i个关节轴线的公垂线，正方向从第i-1个关节轴线指向i个关节轴线。

Y_i-1：Z_i-1叉乘X_i-1。

然后，确定第i个关节的DH参数。

第i个关节的DH参数含义如下：

d_i：连杆偏置，表示将X_i-1沿着Z_i-1轴平移至X_i的距离。

a_i：连杆长度，表示将Z_i-1沿着X_i轴平移至Z_i的距离。

α_i：连杆扭转角，表示将Z_i-1沿着X_i轴旋转至Z_i的角度。

最后，从关节坐标系{i-1}到关节坐标系{i}的齐次变化矩阵

的计算公式如下，

将各参数带入得到

假设机器人基坐标系为{0}，第i个关节坐标系为{i-1}，机器人末端法兰坐标系为{7},则坐标系为{0}到坐标系为{7}的齐次变换矩阵的表达式为：

其中，

表示从坐标系为{0}到坐标系为{7}的齐次变换矩阵，

表示从坐标系为{0}到坐标系为{1}的齐次变换矩阵，

表示从坐标系为{1}到坐标系为{2}的齐次变换矩阵，

表示从坐标系为{1}到坐标系为{2}的齐次变换矩阵。

已知用户给定的期望位姿矩阵为

和预设臂型角为ψ,

的表达式如下，

N_x表示用户期望的X₇在X₀上的投影长度，N_y表示用户期望的X₇在Y₀上的投影长度，N_z表示用户期望的X₇在Z₀上的投影长度。O_x表示用户期望的Y₇在X₀上的投影长度，O_y表示用户期望的Y₇在Y₀上的投影长度，O_z表示用户期望的Y₇在Z₀上的投影长度；A_x表示用户期望的Z₇在X₀上的投影长度，A_y表示用户期望的Z₇在Y₀上的投影长度，A_z表示用户期望的X₇在Z₀上的投影长度；P_x、P_y、P_z表示用户期望的坐标系{7}的原点在坐标系{0}下的X坐标、Y坐标、Z坐标。

对于上述给定的望位姿矩阵和臂型角，机器人的逆解关节角度q一般有8组解，与6关节的逆解选择方法类似，通过输入配置cfg以确定机器人取哪组解，cfg表达式定义其如下：

cfg₂表示J₂轴关节配置，决定J₂轴的关节角度q₂的取正还是取负，同理cfg₄、cfg₆分别决定J₄轴和J₆轴的关节角度的取值。

其中定义元素

期望的配置cfg通过用户输入，各元素的值cfg_i为已知。

已知机器人的期望位置和姿态矩阵为

则有：

表示

的逆矩阵，

表示从坐标系{0}到坐标系{6}的齐次变换矩阵根据公式(1)将第7轴的DH参数带入可得，

最后，得到

表示矩阵

的第4行第1列的元素，

表示矩阵

的第4行第2列的元素，

表示矩阵

的第4行第3列的元素，P_w表示腕点在坐标系{6}的原点在坐标系{0}下的X坐标、Y坐标、Z坐标。

而

P_sP_w矢量的表达式为：

肩点P_s、肘点P_e、腕点P_e构成封闭的三角形，且

根据三角形的余弦定理易知:

已知J₄的配置参数cfg₄有：

将P_sP_w单位化，则有

K表示P_sP_w方向上的单位矢量，K_x表示矢量K在X方向的投影长度，K_y表示矢量K在Y方向的投影长度，K_z表示矢量K在Z方向的投影长度。

根据参考平面的定义知：

V_ref表示参考平面的法线。

臂型平面的法线V_arm

臂型平面可等价为将参考平面绕着等效旋转轴线矢量K旋转臂型角度ψ，根据罗德里格斯公式，将本次旋转描述为3*3的旋转矩阵形式:

R＝I+sin(ψ)M+(1-cos(ψ))MM (11)

其中

则臂型平面法线V_arm的计算公式如下：

V_arm表示臂型平面的法线，V_armX表示臂型平面的法线在坐标系{0}的X轴方向的投影，V_armY表示臂型平面的法线在坐标系{0}的Y轴方向的投影，V_armZ表示臂型平面的法线在坐标系{0}的Z轴方向的投影。

进一步分析易知，坐标系{3}的Z轴方向Z₃与臂型角平面的法线V_arm方向相同，坐标系{3}的Y轴方向Y₃轴与臂型角平面的法线P_sP_e方向相同，即：

Z₃₁表示坐标系{3}的Z轴方向Z₃在坐标系{0}的X方向的投影，Z₃₂表示在Y方向的投影，Z₃₃表示Z方向的投影。

Y₃₁表示坐标系{3}的Y轴方向Y₃在坐标系{0}的X方向的投影，Y₃₂表示在Y方向的投影，Y₃₃表示Z方向的投影。

对于

方向，在图3中肩点P_s、肘点P_e、腕点P_e构成封闭的三角形，且

||P_sP_e||＝d₃，||P_eP_w||＝d₅，根据三角形的余弦定理易知：

根据上式结合第4轴的配置参数cfg₄有：

方向等价于将矢量K绕着臂型平面法线V_arm旋转β，根据罗德里格斯公式，将本次旋转描述为3*3的旋转矩阵形式:

R＝I+sin(β)M+(1-cos(β))MM

其中

根据右手坐标系法则有：

X₃₁表示坐标系{3}的X轴方向X₃在坐标系{0}的X方向的投影，X₃₂表示在Y方向的投影，X₃₃表示Z方向的投影。

已知X₃、Y₃和Z₃的方向，则

为：

其中X₃、Y₃和Z₃均为3×1的方向矢量。

根据机器人坐标变换算法知：

其中，

表示坐标系{0}到坐标系{1}的旋转矩阵，

表示坐标系{1}到坐标系{2}的旋转矩阵，

表示坐标系{2}到坐标系{3}的旋转矩阵，

表示坐标系{0}到坐标系{3}的旋转矩阵。

而

的计算方法如下：

表示坐标系{i-1}到坐标系{i}的旋转矩阵，根据上述步骤中的DH参数表格，七轴机器人的J1轴至J3轴的dh参数α_i已知，q_i为未知待求解变量，分别令i＝1,2,3,将上述参数带入公式(15)得

的值。

得到

求关节1的角度：

q₁＝atan2(sin(q₂)Y₃₂,sin(q₂)Y₃₁)

求关节3的角度：

q₃＝atan2(-sin(q₂)Z₃₃,-sin(q₂)X₃₃)

求解5轴至7轴的关节角度：

其中，

表示坐标系{0}到坐标系{7}的旋转矩阵。

表示矩阵

的第1行第1列的元素，

表示矩阵

的第1行第2列的元素，

表示矩阵

的第1行第3列的元素；

表示矩阵

的第2行第1列的元素，

表示矩阵

的第2行第2列的元素，

表示矩阵

的第2行第3列的元素；

表示矩阵

的第3行第1列的元素，

表示矩阵

的第3行第2列的元素，

表示矩阵

的第3行第3列的元素。

而

为：

其中，

表示坐标系{4}到坐标系{7}的旋转矩阵。

根据机器人坐标变换算法知

其中，

表示坐标系{4}到坐标系{5}的旋转矩阵，

表示坐标系{5}到坐标系{6}的旋转矩阵，

表示坐标系{6}到坐标系{7}的旋转矩阵。

机器人的5轴至7轴的dh参数α_i已知，q_i为未知待求解变量，分别令i＝5,6,7,将上述参数带入上述公式得

的值，并带入上述得：

即有将α₅和α₆上带入上式左边得

其中，

表示矩阵

的第1行第1列的元素，

表示矩阵

的第1行第2列的元素，

表示矩阵

的第1行第3列的元素；

表示矩阵

的第2行第1列的元素，

表示矩阵

的第2行第2列的元素，

表示矩阵

的第2行第3列的元素；

表示矩阵

的第3行第1列的元素，

表示矩阵

的第3行第2列的元素，

表示矩阵

的第3行第3列的元素。

那么第5关节的角度为：

第6关节的角度为：

因此，计算得到上述七轴机器人各个关节的角度。

本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析方法，应用于控制器；上述控制器与外设的七轴机器人相连；上述方法包括：构建上述七轴机器人的DH参数模型；根据上述DH参数模型，计算上述腕点的位置以及肩点到腕点的距离获取用户输入的上述七轴机器人的J4轴的第四配置参数、J2轴的第二配置参数、J6的第六配置参数以及预设臂型角；上述臂型角用于指示上述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；根据上述第四配置参数、上述腕点的位置以及上述肩点到腕点的距离，确定上述J4轴对应的第四关节角度；根据上述第四关节角度以及上述臂型角，确定上述J4轴对应的第四关节坐标系；根据上述第四关节坐标系、上述第二配置参数以及上述第六配置参数，确定J1轴、J2轴、J3轴、J5轴、J6轴以及J7轴的关节角度。该方法基于DH参数模型计算七轴机器人的各关节角度，使机器人的运动具有有限组解，同时不会限制机器人的灵活程度。

实施例3

本发明实施例还提供一种七轴机器人的运动解析装置，如图5所示，为本发明实施例提供的一种七轴机器人的运动解析装置的结构示意图。该装置应用于控制器；所述控制器与外设的七轴机器人相连。如图5所见，该装置包括：

参数获取模块51，用于获取用户输入的所述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；所述臂型角用于指示所述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角。

第四关节角度计算模块52，根据所述第四配置参数，确定所述J₄轴对应的第四关节角度。

第四关节坐标系确定模块53，用于根据所述第四关节角度以及所述臂型角，确定所述J₄轴对应的第四关节坐标系。

结果输出模块54，用于根据所述第四关节坐标系、所述第二配置参数以及所述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

其中，上述参数获取模块51、第四关节角度计算模块52、第四关节坐标系确定模块53以及结果输出模块54依次相连。

本发明实施例提供的七轴机器人的运动解析装置，与上述实施例提供的七轴机器人的运动解析方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

实施例4

本实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现确定七轴机器人的运动解析方法的步骤。

参见图6所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：存储器61、处理器62，存储器中存储有可在处理器62上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述七轴机器人的运动解析方法提供的步骤。

如图6所示，该设备还包括：总线63和通信接口64，处理器62、通信接口64和存储器61通过总线63连接；处理器62用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口64(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线63可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，处理器62在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明任一实施例揭示确定七轴机器人的运动解析装置所执行的方法可以应用于处理器62中，或者由处理器62实现。处理器62可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器62中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器62可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器62读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

进一步地，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器62调用和执行时，机器可执行指令促使处理器62实现上述确定七轴机器人的运动解析方法。

本发明实施例提供的确定七轴机器人的运动解析方法和七轴机器人的运动解析装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

Claims (10)

1.一种七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，应用于控制器；所述控制器与外设的七轴机器人相连；所述方法包括：

获取用户输入的所述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；所述臂型角用于指示所述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；

根据所述第四配置参数，确定所述J₄轴对应的第四关节角度；

根据所述第四关节角度以及所述臂型角，确定所述J₄轴对应的第四关节坐标系；

根据所述第四关节坐标系、所述第二配置参数以及所述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

2.根据权利要求1所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，获取用户输入的所述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角的步骤之前，所述方法包括：

构建所述七轴机器人的DH参数模型；

根据所述DH参数模型，计算所述腕点的位置以及肩点到腕点的距离；

根据所述第四配置参数，确定所述J₄轴对应的第四关节角度的步骤，包括：

根据所述第四配置参数、所述腕点的位置以及所述肩点到腕点的距离，确定所述J₄轴对应的第四关节角度。

3.根据权利要求2所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，根据所述第四关节坐标系、所述第二配置参数以及所述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度的步骤，包括：

根据所述第四关节坐标系，确定J₁轴对应的第一关节坐标系到所述第四关节坐标系的第一旋转矩阵，以及J₅轴对应的第五关节坐标系到J₇轴对应的末端坐标系的第二旋转矩阵；

根据所述第一旋转矩阵以及所述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度；

根据所述第二旋转矩阵以及所述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。

4.根据权利要求3所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，根据所述第一旋转矩阵以及所述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度的步骤，包括：

通过欧拉旋转角度解析方法根据所述第一旋转矩阵以及所述第二配置参数，确定J₁轴对应的第一关节角度、J₂轴对应的第二关节角度以及J₃轴对应的第三关节角度。

5.根据权利要求3所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，根据所述第二旋转矩阵以及所述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度的步骤，包括：

通过欧拉旋转角度解析方法根据所述第二旋转矩阵以及所述第六配置参数，确定J₅轴对应的第五关节角度、J₆轴对应的第六关节角度以及J₇轴对应的第七关节角度。

6.根据权利要求1所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，根据所述第四配置参数，确定所述J₄轴对应的第四关节角度的步骤，包括：

根据余弦定理，确定所述J₄轴对应的中间第四关节角度；

根据所述第四配置参数，从所述中间第四关节角度中筛选符合所述第四配置参数的所述J₄轴对应的第四关节角度。

7.根据权利要求6所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，根据余弦定理，确定所述J₄轴对应的中间第四关节角度的步骤，包括：

根据下述公式计算所述J₄轴对应的第四关节角度：

其中，P_s表示所述肩点，P_e表示所述肘点，P_e表示所述腕点，q₄表示所述第四关节角度。

8.根据权利要求1所述的七轴机器人的运动解析方法，其特征在于，如果所述第四配置参数、所述第二配置参数以及所述第六配置参数不相等，输出所述J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度的8组解。

9.一种七轴机器人的运动解析装置，其特征在于，应用于控制器；所述控制器与外设的七轴机器人相连；所述装置包括：

参数获取模块，用于获取用户输入的所述七轴机器人的J₄轴的第四配置参数、J₂轴的第二配置参数、J₆的第六配置参数以及预设臂型角；所述臂型角用于指示所述七轴机器人的肩点、肘点以及腕点构成的平面与预设参考平面之间的夹角；

第四关节角度计算模块，根据所述第四配置参数，确定所述J₄轴对应的第四关节角度；

第四关节坐标系确定模块，用于根据所述第四关节角度以及所述臂型角，确定所述J₄轴对应的第四关节坐标系；

结果输出模块，用于根据所述第四关节坐标系、所述第二配置参数以及所述第六配置参数，确定J₁轴、J₂轴、J₃轴、J₅轴、J₆轴以及J₇轴的关节角度。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至8任一项所述的七轴机器人的运动解析方法。

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