(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 202210475611.6 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 亿嘉和科技股份有限公司 地址 210012 江苏省南京市雨 花台区安德 门大街57号5幢1楼至 3楼、 8楼至12 楼 (72)发明人 周杰　匡业　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 梁天彦 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 带电作业八自由度机 械臂运动控制方法 (57)摘要 本发明提供了一种带电作业八自由度机械 臂运动控制方法， 主要解决8自由度机械臂在带 电作业情况下的6自由度手臂运动学解算及二自 由度绝缘杆控制问题， 通过对8自由度手臂进行 拆分， 将2自由度绝缘杆与6自由度手臂分开控 制， 可避免多自由度机械采用数值解的不稳定性 及求解效率低下问题， 提升了机械臂控制精度与 求解速率。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114770506 A 2022.07.22 CN 114770506 A 1.一种带电作业八 自由度机械臂运动控制方法， 针对由六自由度UR构型手臂及二自由 度绝缘杆串联构成的八自由度带电作业机 械臂， 其特 征在于包括以下步骤： 1)设六自由度UR构型手臂的运动轴线为前六轴， 二自由度绝缘杆的运动轴线为第七轴 和第八轴； 2)对二自由度绝缘杆进行机构分析， 根据实际运动现象及机械参数建立数学模型建立 两升降杆位移与绝 缘杆俯仰角及横滚角关系； 3)对前六轴采用标准DH法建立 运动学模型； 4)对二自由度绝 缘杆采用绕自身旋转轴旋转的欧拉角建模方法进行建模； 5)根据期望位姿设定第七轴和第八轴关节角， 明析在开启力控及进行笛卡尔控制直线 运动时， 末端二自由度绝缘杆不参与运动， 在特殊作业场景进行轨迹规划时， 指定第七轴、 第八轴关节角， 进而将八自由度机械臂降维为六自由度机械臂,根据步骤3)中采用标准DH 法建立的运动学模型和步骤4)中二自由度绝缘杆采用绕自身旋转轴旋转的建模， 得到正运 动学关系后结合期 望矩阵推导出六轴手臂解析解， 从而将八自由度解析法逆解有 无数组的 情况转化为六自由度构型机械臂具有八组明确解析解的情况， 再将目标位姿逆解结果通过 RRT规划算法进 行避障处理， 得到 关节角路点信息， 将路点信息发送给控制器对八自由度手 臂实现完整控制。 2.根据权利要求1所述的带电作业八自由度机械臂运动控制方法， 其特征在于： 步骤2) 过程具体如下： 按照将二自由度绝缘杆实际运动， 抽象出两升降杆铰接 中点C控制俯仰角， 两升降杆铰 接点高度差控制横滚角， 其中在二自由度绝缘杆俯仰通道上建立四连杆模型ABCD， 其中A点 为俯仰角轴线与横滚角轴线交点且为固定铰接点， 连杆AB与绝缘杆轴线平行， 两升降杆铰 接点中点为C， BC一直垂直与AB， D为变铰接点， 其中连杆AB杆长随C的高度而变化， 连杆BC、 CD,AD杆长不变,最终得到俯仰角 θ7与各杆长关系： 其中设末端工具在俯仰上水平时， 右杆相对Z向位移为x1,向上为正； 左杆相对于Z方向 上的位x2； 在横滚通道上建立两三角形AE E′与AFF′， EF为定值， 两 升降杆差动得到横滚角 θ8： 用多项式拟合两 升降杆位移与俯仰角关系。 3.根据权利要求1所述的带电作业八自由度机械臂运动控制方法， 其特征在于： 步骤3) 过程具体如下： 对前六轴采用标准DH法建立运动学模型， 设前六轴的坐标系分别为坐标系1至6， 参考 坐标系固联在机械臂底座位置为坐标系0， Z0轴垂直向上， X0垂直于Z0轴， 并沿水平方向， Y0 轴方向根据右手螺旋定则进行确定， 坐标系1 ‑5分别建立在每个旋转关节上， Zi轴指向末端 关节； 设 代表坐标系6相对于坐标系0的姿态， 为坐标系6相对于坐标系0的位置， 进而得到坐标系0 到坐标系6的D ‑H变换矩阵权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114770506 A 24.根据权利要求3所述的带电作业八自由度机械臂运动控制方法， 其特征在于： 步骤4) 过程具体如下： 设第七轴关节绕自身X轴旋转， 第八轴关节绕自身Y轴旋转， 第八轴坐标系为坐标系8， 则得到 ， 最终得到坐标系8相对于坐标系0的齐次变换矩阵0T8＝0T66T8。 5.根据权利要求4所述的带电作业八自由度机械臂运动控制方法， 其特征在于： 步骤5) 过程具体如下： 设 代表坐标系8相对于坐标系0的姿态， 为坐标系8相 对于坐标系0的位置， 得到 结合上一步得到的坐标系0到坐标系6的D ‑H变换矩阵0T6,利用矩阵基本关系得 到0T1‑10T65T6‑1＝1T22T33T44T5， 对矩阵进行恒等变换 得到 θ5＝±acos(a1x sin( θ1)‑a1y cos( θ1)) θ6＝atan2(n1x sin( θ1)‑n1y cos( θ1),o1x sin( θ1)‑o1y cos( θ1))‑atan2(si n( θ5),0) 其中： 其中 θ4＝atan2( ‑sin( θ6)(n1x cos( θ1)+n1y sin( θ1))‑cos( θ6)(o1x cos( θ1)+o1y sin( θ1),o1z  cos( θ6)+n1z sin( θ6))‑θ2‑θ3。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114770506 A 3