(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 202211034563.3 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 黄强　赖俊杭　陈学超　余张国　 高峻峣　李庆庆　李超　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可 行范围线性界定方法 (57)摘要 本发明公开了机器人三自由度电驱动耦合 关节的运动可行范围线性界定方法， 由未超限电 机转角向量对应的关节角向量构成运动可行关 节角向量集合， 将运动可行关节角向量集合沿任 意关节的关节可行运动范围分层切片， 得到数据 切片子集并进行边缘检测， 得到边缘可行切片集 合； 整合所有边缘可行切片集合， 按所属近似平 面分类， 得到待拟合集合； 对每一个待拟合集合 进行内切平面拟合， 求解拟合内切平面表达式； 整合所有拟合内切平面表达式， 得到耦合关节运 动空间可行运动范围凸多面体半空间表达式， 凸 多面体半空间表达式的线性不等式用于机器人 关节端的轨迹规划或轨迹优化。 本发 明能对耦合 关节的耦合 关系进行线性描述， 最大程度的界定 可行的线性 运动范围。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115256400 A 2022.11.01 CN 115256400 A 1.机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可 行范围线性界定方法， 其特 征在于： 设定耦合关节中各关节的关节角遍历范围及遍历采样间隔， 验证每个关节角向量对应 的电机转角向量是否超出物理限制， 将未超限电机转角向量对应的关节角向量作为运动可 行关节角向量 集合SetQadm的元素； 将所述集合SetQadm沿任意关节的关节可行运动范围分层切片， 得到数据切片子集， 对 所述数据切片子集进行边 缘检测， 得到边 缘可行切片集 合； 整合所有边 缘可行切片集 合， 按所属近似平面分类， 得到待拟合 集合； 对每一个待拟合 集合， 进行内切平面拟合， 求 解拟合内切平面表达式； 整合所有拟合内切 平面表达式， 得到耦合关节运动空间可行运动范围凸多面体半空间 表达式， 所述凸多面体半空间表达式的线性不等式用于机器人关节端的轨迹规划或轨迹优 化。 2.根据权利要求1所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 所述电机转角向量是否超出物理限制的判定规则为： 当电机转角向量中各 电机转角均处于各自极值范围内时， 判定电机转角向量对应的关节角向量为可行关节角向 量， 否则， 判定关节角向量 为超限关节角向量并将其舍弃。 3.根据权利要求1所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 所述数据切片子集进行边缘检测， 得到边缘可行切片集合的具体过程为： 将切片子集对应的二维点云图像转化为二值化黑白图像， 对二值化黑白图像进行边缘检 测， 得到图形轮廓边缘像素点， 基于所述边缘像素点与可行关节角向量的映射关系， 确定边 缘可行关节角向量， 进 而得到边 缘可行切片集 合。 4.根据权利要求1所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 每一个待拟合 集合对应的拟合内切平面表达式为： 其中 为拟合平面系数， q1为1关节的关节角， q2为2关节的关节角， q3 为3关节的关节角。 5.根据权利要求4所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 所述拟合平面系数 满足： 其中： ω为方向调节因子， Ac、 Bc、 Cc为拟合平面方程系数。 6.根据权利要求4所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 所述拟合平面系数 满足： 其中： 表示拟合平面最终的法向量， 且 为最靠近凸多 面体的 拟合可行关节角向量。 7.根据权利要求6所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115256400 A 2法 ，其 特 征 在 于 ，所 述 最 靠 近 凸 多 面 体 的 拟 合 可 行 关 节 角 向 量 为 ： 其中： 为待拟合可行关节角向量， 为待 拟合可行关节角向量 集合。 8.根据权利要求7所述的机器人三自由度电驱动耦合关节的运动可行范围线性界定方 法， 其特征在于， 所述耦合关节运动空间可行运动范围凸多面体 半空间表达式为： α Q≤β， 其 中α为拟合平面法向量矩阵， β为拟合平面距离矩阵， Q为耦合关节的关节角， 且Q＝(q1 q2  q3)T， C为耦合关节运动范围 对应的三维曲面几何体面数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115256400 A 3