(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 202210854762.2 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 北京邮电大 学 地址 100876 北京市海淀区西土城路10号 (72)发明人 贾庆轩　费军廷　陈钢　李彤　 孙丰磊　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种同质模块化机器人分布式并行运动学 建模方法 (57)摘要 本发明实施例提供了一种同质模块化机器 人分布式并行运动学建模 方法， 实现了同质模块 化机器人运动学建模， 包括： 获得同质模块化机 器人拓扑结构数学表征、 模块单元三维模型； 然 后建立模块单元体心、 接口坐标系， 获得其基本 运动学参数； 进而获得模块单元运动传递库； 依 据同质模块化机器人拓扑结构数学表征， 获得其 接地与末端模块单元编号、 接地接口编号； 然后 获得同质模块化机器人所有运动传递支链； 进而 获得每条运动传递支链中模块单元连接状态； 进 一步依据模块单元运动 传递库， 获得其运动学模 型； 设计同质模块化机器人分布式并行运动学建 模方法， 获得其运动学模型。 根据本发明实施例 提供的技术方案， 可实现同质模块化机器人快速 运动学建模。 权利要求书5页 说明书11页 附图2页 CN 115229788 A 2022.10.25 CN 115229788 A 1.一种同质模块 化机器人分布式并行运动学建模方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获得同质模块 化机器人拓扑 结构数学表征、 模块单 元三维模型； 依据模块单元三维模型， 建立模块单元体心坐标系、 接口坐标系， 获得模块单元的基本 运动学参数信息； 依据模块单 元三维模型、 模块单 元的基本运动学参数信息， 获得模块单 元运动传递库； 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表征， 获得同质模块化机器人接地模块单元编 号、 接地接口编号、 末端模块单 元编号； 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表征和同质模块化机器人接地模块单元编 号、 接 地接口编号、 末端模块单 元编号， 获得同质模块 化机器人 所有运动传递支 链； 依据同质模块化机器人所有运动传递支链， 获得每条运动传递支链中模块单元的连接 状态； 依据模块单元运动传递库和每条运动传递支链中模块单元的连接状态， 获得模块单元 运动学模型； 依据模块单元运动学模型、 同质模块化机器人所有运动传递支链， 设计同质模块化机 器人分布式并行运动学建模方法， 获得同质模块 化机器人运动学模型。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 依据模块单元三维模型， 建立模块单元体 心坐标系 、 接口坐标系， 获得模块单 元的基本运动学参数信息， 包括： 各个旋转轴在体心坐标系下的旋量 坐标； 各个接口坐标系与体心坐标系的相对位姿关系矩阵； 两个接口连接时所存在的连接方位关系矩阵， 用于表示接口对接时定位装置的具体对 接状态。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 依据模块单元三维模型、 模块单元的基本 运动学参数信息， 获得模块单 元运动传递库， 包括： 依据模块单元三维模型， 获得模块单元的接口排布、 接口类型、 机械结构尺寸、 自由度 排布信息； 依据模块单元的接口排布、 接口类型、 机械结构尺寸信 息， 获得模块单元所有有 效连接 状态； 依据模块单元的自由度排布信息、 模块单元的基本运动学参数信息， 获得模块单元每 种有效连接状态所包 含的旋转轴 、 运动学参数； 依据模块单元所有有效连接状态、 模块单元每种有效连接状态所包含的旋转轴、 运动 学参数， 获得模块单 元运动传递库。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 依据模块单元的接口排布、 接口类型、 机械 结构尺寸信息， 获得模块单 元所有有效连接状态， 包括： 依据模块单元的接口排布、 接口类型， 基于枚举法， 通过排列组合， 获得模块单元所有 连接状态； 依据模块单元的机械结构尺寸信 息和模块单元所有连接状态， 剔除存在结构干涉的连 接状态， 获得模块单 元所有有效连接状态。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表 征， 获得同质模块 化机器人接地模块单 元编号、 接地接口编号、 末端模块单 元编号， 包括：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115229788 A 2对包含ntopo_module个模块的同质模块 化机器人拓扑 结构， 其数 学表征为 其中， ntopo_module表示同质模块化机器人拓扑结构中所包含的模块数量； mi(i＝1, 2,...,ntopo_module)表示同质模块化机器人拓扑结构中的各个模块编号； 矩阵BA称为接地关 系矩阵， bai(i＝1,2,...,ntopo_module)表示同质模块化机器人拓 扑结构中模块是否在使用时 接地作为基 座， bai＝0表示模块mi在使用时不接地， bai≠0表示模块mi在使用时bai接口接地 地作为基座； 矩阵C称为同质模块化机器人的连接关系矩阵， cij(i＝1,2,...,ntopo_module； j ＝1,2,...,ntopo_module)∈{1， ...， nsurf_con}表示模块mi与模块mj相连接的接口编号， 当i＝j 时， cij＝0(i＝1,2,...,ntopo_module； j＝1,2,...,ntopo_module)， nsurf_con表示单个模块的面接口 个数； 矩阵CO称为同质模块化机器人的连接方位关系矩阵， coij(i＝1,2,...,ntopo_module； j ＝1,2,...,ntopo_module)表示模块mi与模块mj的连接方位关系， 当i＝j时， coij＝0(i＝1, 2,...,ntopo_module； j＝1,2,. ..,ntopo_module)； 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表征， 包括矩阵M、 矩阵BA、 矩阵C、 矩阵CO， 获得矩 阵C中仅包 含一个非零元 素的行编号、 矩阵BA中非零元 素及其所在位置； 依据矩阵BA、 矩阵BA中非零元素及其所在位置， 矩阵BA中非零元素即为接地接口编号， 并读取矩阵M中与非零元素所在位置相对应的元素， 获得同质模块化机器人接地模块单元 编号、 接地接口编号； 依据矩阵C中仅包含一个非零元素的行编号、 矩阵M， 读取矩阵M中与行编号相对应位置 的元素， 获得同质模块 化机器人末端模块单 元编号。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表征 和同质模块化机器人接地模块单元编号、 接地接口编号、 末端模块单元编号， 获得同质模块 化机器人 所有运动传递支 链， 包括： 以同质模块化机器人接地模块单元编 号的接地接口编 号为起点， 依次以同质模块化机 器人末端模块单元编号为 终点， 依据同质模块化机器人拓扑结构数学表征中的矩阵C， 基于 深度优先遍历， 搜索同质模块化机器人从起点到终点的运动传递所需要 经过的模块及其接 口信息， 获得同质模块 化机器人 所有运动传递支 链。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 依据模块单元运动传递库和每条运动传递 支链中模块单 元的连接状态， 获得模块单 元运动学模型， 包括： 依据模块单元运动传递库、 每条运动传递支链中模块单元的连接状态， 获得每条运动权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115229788 A 3