(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 202210755435.1 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 袁烽 地址 200433 上海市杨 浦区国权后路25弄6 号603室 申请人 上海一造科技有限公司 (72)发明人 袁烽　陆明　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董成 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化 方法 (57)摘要 本发明提供了一种六轴机器人在三维打印 下的A4轴优化方法， 围绕打印目标点平面法线旋 转的角度， 在每个 打印目标点坐标系与下一个打 印目标点坐标系之间， 使所有关节 运动的变化量 达到最小， 从而来优化串 联结构机械臂的关节运 动， 通过这样优化， 能够使得机械臂执行打印任 务时， 每个关节轴变化尽可能的小， 从而达到优 化， 来提高三维打印机器人的运动质量， 减少不 必要的多余关节转动。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115229784 A 2022.10.25 CN 115229784 A 1.一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤； 步骤S1， 确定一个机 械臂的初始姿态； 步骤S2， 准备好若干个待打印的目标点， 按顺序遍历每一个输入的目标平面； 步骤S3， 初始化参数， 参数包括， 关节权重、 缩放参数scale、 阻尼系数λ、 初始角 度的占 比P、 初始化当前的目标平面、 误差e、 代价cost， 中的一种或多种； 步骤S4， 进入当前初始化后的目标平面的循环迭代优化步骤， 终止条件是迭代次数少 于预设＝ n次， 其中n 为非0自然数； 步骤S5， 退 出符合条件后， 退 出循环并输出 结果。 2.根据权利要求1所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 所述步骤S4中目标平面的循环迭代优化 步骤包括， 获取新目标平面 求解逆向动力学获取误差e和最终代价 lastcost。 3.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S4中还 包括； 步骤S4‑1,获取围绕目标坐标系自身x轴旋转的雅各比矩阵； 步骤S4‑2,构建增量方程； 步骤S4‑3,构建增量； 步骤S4‑4,得到更新后的目标平面下的运动学逆解， 得到误差e和代价cost。 4.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S4‑1,围绕目标坐标系自身x轴旋转的雅各比矩阵： 机器人的每个 关节轴的旋转速度已 知的情况下， 这时候可以求出此时相对于机器人工具头坐标的雅各比矩阵， 记为Jtool， 对矩 阵Jtool求逆， 得到 取 的第一列， 并乘以 ‑1， 得到一个新的雅各比矩阵J， 可以看到这 个J是6×1尺寸的； J矩阵的物理含义就是当整个机器人在围绕工具头坐标系的x轴进行微 小旋转的时候， 机器人的所有的6个轴相应微小改变量， 即为梯度， 然后再把 J的每一个 分量 对应乘上关节的优化权 重coeff， 得到最后的雅各比矩阵J。 5.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S4‑2中， 构建增量方程是求出最后的雅各比矩阵J和Jt的乘积， 其中Jt 为J的转置， 在把 所述乘积加上阻尼系数λ， 得到一个标量数字H， 在确保标量数字H大于0的前提下， 计算增量 dx＝(Jt*e)/ H， 得到dx后， 如果dx小于预设的弧度， 则可以认为dx已经收敛， 否则继续。 6.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S4‑3中构建增量是， 通过增量dx， 求出相应的增量dx的增量旋转矩阵Rx； 增量旋转矩阵 Rx代表围绕目标点平面的X轴进行旋转； 7.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S4‑3中， 构建增量是有了Rx， 把当前目标坐标的刚体变换Ttcp右乘Rx即Tnew＝Ttcp* Rx， 得到更新后的目标平面的刚体 变换Tnew。 8.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115229784 A 2步骤S4‑4中， 在得到了新目标平面的刚体变换Tnew之后， 用Tnew来求得新目标平面下的运 动学逆解； 通过求解， 把求得的新的六轴关节和增量更新之前的状态的六轴关节进行误差 计算， 求得的误差e和代价cost； 本次求得的cost大于上次迭代求得的cost， 则更新λ： 本次的λ＝上次的λ*缩放参数 scale， 这个过程称为阻尼更新； 本次求得的cost小于上次迭代求得的lastcost， 则分为两种情况进行处 理： 一种情况， 本次求得的cost与上次迭代求得的lastcost之差小于一个预设的的值 rmseError， 则可以认 为迭代已经收敛， 已经获得了已知数据的最优值， 退出迭代； 另一种情 况， 本次求得的cost与上次迭代求得的lastcost之差大于等于一个预设rmseError， 则本次 的λ＝上次的λ/缩放 参数scale， 用本次求得的cost作为 最终代价 lastcost。 9.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在于： 步骤S1中， 确 定初始姿态即规定关节轴A1～A6的具体参数； 确 定机械臂初始姿态的原则是 要接近机械臂工作时候的姿态； 其中包括； 目标点坐标系， 是用来确定 工具头在空间中的位姿的坐标系， 得 出一个xyz坐标系； 定义关节轴代号； 用A1 ‑A6分别表示六轴机 械臂的六个旋转关节； 定义工具头坐标系； 定义机器人根 坐标下的雅各比矩阵； 定义工具头坐标 下的雅各比矩阵。 10.根据权利要求2所述的一种六轴机器人在三维打印下的A4轴优化方法， 其特征在 于： 步骤S3中， 关节权重； 是机器人有六个关节， 所以关节权重有六个分量， 范围从0到1； 0 代表此关节不 参与优化， 1代 表此关节进行优化， 尽可能的减小此关节的运动幅度； 或/和， 缩放 参数scale； 是用来更新阻尼 λ参数的缩放 参数； 是不 为零的自然数； 或/和， 阻尼系数 λ； 用于在数值优化中用到的阻尼系数， 设置初始值 为0.01； 或/和， 初始角度的占比P； P值定义了机器人初始的关节值在后续的误差e里所占的比 重； 机器人的第一个目标平面的逆向运动学求解出来的关节轴角度； t0包含了6个角度的 弧度值， 因为有六个关节； 初始角度占比是用户来根据任务不同来自定义的参数， 设置为0 代表误差计算完全不参考和初始角度的存在， 同时只考虑上一目标平面所计算得到的关节 角度， 如果设置为 1则代表误差计算仅仅考虑初始角度， 完全不考虑上一目标平面所计算得 到的关节角度； 或/和， 初始化当前目标平面； 分两种情况： 一种， 当前平面是整个任务即整个目标平面 系列的第一个目标平面， 那当前目标平面保持不变； 另一种， 当前目标平面不是整个任务即 整个目标平面系列的第一个目标平面， 则 当前目标平面需要进行初始化， 具体是把当前目 标平面的上一个目标平面的x,y,z轴的单位向量作为当前目标平面的x,y,z轴的单位向量； 误差参数e； 设计初始关节角度＝(1 –初始角度占比P)*上一个目标点计算得到的关节 角度+初始角度占比*机器人的初始关节角度； 误差参数e＝(设计初始关节角度 ‑当前的机 器人关节值)*关节权 重；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115229784 A 3