五自由度机器人运动控制方法及系统与流程

技术特征：
1.一种五自由度机器人运动控制方法，其特征在于，包括：步骤s1：根据dh模型建立机器人连杆坐标系，得到五自由度机器人dh参数；步骤s2：确定相邻连杆的坐标变化关系，得到机器人正运动学表达式；步骤s3：基于正运动学表达式获取机器人运动路径中的位姿点；步骤s4：根据目标位姿点和机器人运动学模型依次计算机器人5个轴的关节角；步骤s5：将5个关节角转化为每个电机的编码器值，并发送到机器人的驱动器；步骤s6：驱动器根据接收的每个轴的编码器值驱动电机运动。2.根据权利要求1所述的五自由度机器人运动控制方法，其特征在于，所述步骤s2采用：步骤s2.1：根据机器人运动学模型建立机器人连杆坐标系；步骤s2.2：根据机器人连杆坐标系确定相邻连杆的坐标变换关系，得到机器人正运动学表达式；t
0，t
＝t
0，1
*t
1，2
*t
2，3
*t
3，4
*t
4，5
*tool (1)其中，t
0，1
表示坐标系1相对于坐标系0的齐次变换矩阵；t
1，2
表示坐标系2相对于坐标系1的齐次变换矩阵；t
2，3
表示坐标系3相对于坐标系2的齐次变换矩阵；t
3，4
表示坐标系4相对于坐标系3的齐次变换矩阵；t
4，5
表示坐标系5相对于坐标系4的齐次变换矩阵；t
y
表示工具中心y方向偏移，t
z
表示工具中心z方向偏移；步骤s2.3：基于dh参数转换机器人正运动学表达式；其中，s1＝sinθ1，c1＝cosθ1，s3＝sinθ3，c3＝cosθ3，s5＝sinθ5，c5＝cosθ5；[θ1，d2，θ3，d4，θ5]表示关节变量；p
x
、p
y
、p
z
表示机器人目标位姿。3.根据权利要求1所述的五自由度机器人运动控制方法，其特征在于，所述步骤s3采用：roll＝θ3yaw＝θ1 θ5其中，p
x
、p
y
、p
z
、roll、yaw表示机器人目标位姿；s1＝sinθ1，c1＝cosθ1，s3＝sinθ3，c3＝cosθ3，s5＝sinθ5，c5＝cosθ5；[θ1，d2，θ3，d4，θ5]表示关节变量；a2和d3表示连杆的长度；t
y
表示工具中心y方向偏移；t
z
表示工具中心z方向偏移。4.根据权利要求1所述的五自由度机器人运动控制方法，其特征在于，所述步骤s4采用：
机器人俯仰姿态由转动关节3确定：θ3＝roll；其中，roll表示机器人的俯仰姿态；机器人偏航姿态由转动关节1和转动关节5确定：θ1 θ5＝yaw；yaw表示机器人的偏航姿态；根据(p
x
‑
t
y
c
yaw
)s1 (
‑
p
y
t
y
s
yaw
)c1 d3＝0，计算转动关节1θ1以及转动关节5θ5；其中，c
yaw
表示cos(yaw)，偏航姿态的余弦值；s
yaw
表示sin(yaw)，偏航姿态的正弦值；移动关节4d4表示为：：移动关节2d2表示为：d2＝p
z
d4s3 t
y
s3c5‑
t
z
c3。5.根据权利要求1所述的五自由度机器人运动控制方法，其特征在于，所述步骤s5采用：根据关节角和电机编码器的分辨率得到电机的编码器值。6.一种五自由度机器人运动控制系统，其特征在于，包括：模块m1：根据dh模型建立机器人连杆坐标系，得到五自由度机器人dh参数；模块m2：确定相邻连杆的坐标变化关系，得到机器人正运动学表达式；模块m3：基于正运动学表达式获取机器人运动路径中的位姿点；模块m4：根据目标位姿点和机器人运动学模型依次计算机器人5个轴的关节角；模块m5：将5个关节角转化为每个电机的编码器值，并发送到机器人的驱动器；模块m6：驱动器根据接收的每个轴的编码器值驱动电机运动。7.根据权利要求6所述的五自由度机器人运动控制系统，其特征在于，所述模块m2采用：模块m2.1：根据机器人运动学模型建立机器人连杆坐标系；模块m2.2：根据机器人连杆坐标系确定相邻连杆的坐标变换关系，得到机器人正运动学表达式；t
0，t
＝t
0，1
*t
1，2
*t
2，3
*t
3，4
*t
4，5
*tool (1)其中，t
0，1
表示坐标系1相对于坐标系0的齐次变换矩阵；t
1，2
表示坐标系2相对于坐标系1的齐次变换矩阵；t
2，3
表示坐标系3相对于坐标系2的齐次变换矩阵；t
3，4
表示坐标系4相对于坐标系3的齐次变换矩阵；t
4，5
表示坐标系5相对于坐标系4的齐次变换矩阵；t
y
表示工具中心y方向偏移，t
z
表示工具中心z方向偏移；模块m2.3：基于dh参数转换机器人正运动学表达式；其中，s1＝sinθ1，c1＝cosθ1，s3＝sinθ3，c3＝cosθ3，s5＝sinθ5，c5＝cosθ5；[θ1，d2，θ3，d4，θ5]表示关节变量；p
x
、p
y
、p
z
表示机器人目标位姿。8.根据权利要求6所述的五自由度机器人运动控制系统，其特征在于，所述模块m3采用：
roll＝θ3yaw＝θ1 θ5其中，p
x
、p
y
、p
z
、roll、yaw表示机器人目标位姿；s1＝sinθ1，c1＝cosθ1，s3＝sinθ3，c3＝cosθ3，s5＝sinθ5，c5＝cosθ5；[θ1，d2，θ3，d4，θ5]表示关节变量；a2和d3表示连杆的长度；t
y
表示工具中心y方向偏移；t
z
表示工具中心z方向偏移。9.根据权利要求6所述的五自由度机器人运动控制系统，其特征在于，所述模块m4采用：机器人俯仰姿态由转动关节3确定：θ3＝roll；其中，roll表示机器人的俯仰姿态；机器人偏航姿态由转动关节1和转动关节5确定：θ1 θ5＝yaw；yaw表示机器人的偏航姿态；根据(p
x
‑
t
y
c
yaw
)s1 (
‑
p
y
t
y
s
yaw
)c1 d3＝0，计算转动关节1θ1以及转动关节5θ5；其中，c
yaw
表示cos(yaw)，偏航姿态的余弦值；s
yaw
表示sin(yaw)，偏航姿态的正弦值；移动关节4d4表示为：：移动关节2d2表示为：d2＝p
z
d4s3 tys3c5‑
t
z
c3。10.根据权利要求6所述的五自由度机器人运动控制系统，其特征在于，所述模块m5采用：根据关节角和电机编码器的分辨率得到电机的编码器值。

技术总结
本发明提供了一种五自由度机器人运动控制方法及系统，包括：步骤S1：根据DH模型建立机器人连杆坐标系，得到五自由度机器人DH参数；步骤S2：确定相邻连杆的坐标变化关系，得到机器人正运动学表达式；步骤S3：基于正运动学表达式获取机器人运动路径中的位姿点；步骤S4：根据目标位姿点和机器人运动学模型依次计算机器人5个轴的关节角；步骤S5：将5个关节角转化为每个电机的编码器值，并发送到机器人的驱动器；步骤S6：驱动器根据接收的每个轴的编码器值驱动电机运动。器值驱动电机运动。器值驱动电机运动。


技术研发人员：王永超 廖志祥 郭震
受保护的技术使用者：上海景吾智能科技有限公司
技术研发日：2021.11.03
技术公布日：2022/1/4