CN108608427B - 机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置，该方法包括：实时计算目标机器人的可操作性指标；根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形；如果确定得到目标机器人接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，以使目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续运动。该方法能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

Description

机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，尤其是涉及一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置。

背景技术

目前，机器人的避奇异一般是在位置控制中进行，当机械臂运动至接近奇异位形的时候，机器人会停止动作，并发出报警。或者在进行轨迹规划的时候就考虑到避奇异的问题，使生成的轨迹远离奇异位形。

为了能够实现机器人的位置控制，牵引示教(即力控牵引)是一个必不可少的前提。在协作型机器人的力控牵引过程中：先在机器人的示教器上点击牵引示教按钮，使机器人进入牵引状态；然后操作者抓住机器人的末端，并往任意方向施加一定的力；控制器检测到操作者施加的力信号后，给驱动器发送位置信息，控制机器人往施加力的方向进行运动。

在此过程中，由于机器人是跟随操作者施加的力在运动，因此有可能导致机器人达到奇异位形。现有的技术对这种情况的处理方式是报警并停机，如果重新操作需要先对机器人进行复位，这就影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。

综上，在现有的机器人力控牵引过程中，操作者常常会将机器人牵引至奇异位形而导致机器人报警停机，影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置，以缓解现有的机器人力控牵引过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，应用于控制器，所述方法包括：

实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；

如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动之后，所述方法还包括：

判断所述力控牵引的过程是否结束；

如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

如果确定得到所述目标机器人未接近所述奇异位形，则使所述目标机器人在所述操作者的力控牵引下继续运动，直至所述力控牵引的过程结束。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，实时计算目标机器人的可操作性指标包括：

根据可操作性指标计算算式

计算所述可操作性指标，其中，W表示所述可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形包括：

判断所述可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；

如果所述可操作性指标小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人接近所述奇异位形；

如果所述可操作性指标不小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人未接近所述奇异位形。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，基于所述可操作性指标计算约束力包括：

计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，所述预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；

基于所述新的关节位置计算新的可操作性指标；

结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度；

根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小，其中，所述约束力的方向为使所述操作性指标变大的方向。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度包括：

根据可操作性指标的梯度计算算式

计算所述可操作性指标的梯度，其中，Δw_±表示所述可操作性指标的梯度，w(q_n±)表示所述新的可操作性指标，w(q)表示所述可操作性指标，V_±表示所述预设速度，q_n±表示所述新的关节位置，q表示关节位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小包括：

在所述可操作性指标的梯度中确定最大梯度，其中，所述可操作性指标的梯度Δw_±包括：Δw₊和Δw-，Δw₊与q_n+对应，Δw_-与q_n-对应，q_n+与V₊对应，q_n-与V_-对应，V₊和V_-表示方向相反的预设速度；

将与所述最大梯度所对应的预设速度的方向作为所述约束力的方向；

根据约束力大小计算算式F＝k(w)max(Δw_±)计算所述约束力的大小，其中，k(w)为关于可操作性指标w(q)的参数，max(Δw_±)表示所述最大梯度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异装置，应用于控制器，所述装置包括：

第一计算模块，用于实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

确定模块，用于根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；

第二计算模块，如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述力控牵引的过程是否结束；

返回执行模块，如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。

本发明实施例带来了以下有益效果：

在现有的机器人力控牵引过程中，操作者常常会将机器人牵引至奇异位形而导致机器人报警停机，影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。与现有的机器人力控牵引相比，本发明的机器人力控牵引过程中的避奇异方法中，控制器能够实时计算目标机器人的可操作性指标，进而根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形，如果目标机器人接近奇异位形，则基于操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，使得目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续进行力控牵引的操作。该方法在力控牵引的过程中，能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的基于可操作性指标计算约束力的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的k(w)和w(q)的关系曲线的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种机器人力控牵引过程中的避奇异装置的功能模块图。

图标：

11-第一计算模块；12-确定模块；13-第二计算模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法进行详细介绍。

实施例一：

一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，应用于控制器，参考图1，该方法包括：

S102、实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

在本发明实施例中，力控牵引的过程是在笛卡尔空间中进行的。具体的，力控牵引中，操作者抓住机器人的末端在笛卡尔空间中对机器人进行力控牵引的操作，而该机器人即为目标机器人。下文中再对计算可操作性指标的过程进行描述，在此不再赘述。

S104、根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形；

在得到可操作性指标后，根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形。下文中再对确定的过程进行具体介绍，在此不再赘述。

S106、如果确定得到目标机器人接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，以使目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续运动。

如果确定得到目标机器人接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，进而通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，使得目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形而继续进行牵引运动。确保了力控牵引的过程连续进行，提高了操作效率。

在现有的机器人力控牵引过程中，操作者常常会将机器人牵引至奇异位形而导致机器人报警停机，影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。与现有的机器人力控牵引相比，本发明的机器人力控牵引过程中的避奇异方法中，控制器能够实时计算目标机器人的可操作性指标，进而根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形，如果目标机器人接近奇异位形，则基于操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，使得目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续进行力控牵引的操作。该方法在力控牵引的过程中，能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

上述内容对机器人力控牵引过程中的避奇异方法进行了部分内容的介绍下面对其它内容进行介绍。

可选地，参考图2，在使目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续运动之后，该方法还包括：

S108、判断力控牵引的过程是否结束；

S110、如果力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至力控牵引的过程结束。

可选地，参考图2，该方法还包括：

S112、如果确定得到目标机器人未接近奇异位形，则使目标机器人在操作者的力控牵引下继续运动，直至力控牵引的过程结束。

上述内容对整个力控牵引全过程中避奇异的方法进行了介绍，下面对其中涉及到的内容进行具体描述。

可选地，实时计算目标机器人的可操作性指标包括：

根据可操作性指标计算算式

计算可操作性指标，其中，W表示可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。

在本发明实施例中，在计算可操作性指标时，采用了可操作性指标计算算式

其中，W表示可操作性指标，J表示雅克比矩阵，J为关节位置的函数。

具体的，

其中，

x表示目标机器人操作空间的位置，q表示目标机器人关节空间的位置(即关节位置)。雅克比矩阵实际上定义了操作空间的速度与关节空间的速度之间的映射关系。实际的，x为q的函数(函数关系为现有技术，在此不再赘述)，所以雅克比矩阵J为关节位置q的函数，关节位置q可通过驱动器(即目标机器人中的电机)上的编码器测得。

上述内容介绍了计算可操作性指标的过程，下面对确定目标机器人是否接近奇异位形的过程进行详细描述。

可选地，参考图3，根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形包括：

S301、判断可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；

在本发明实施例中，是通过可操作性指标与预设可操作性指标阈值之间的大小关系确定目标机器人是否接近奇异位形的。

具体的，预设可操作性指标阈值w_th的大小为0.02，当然，本发明实施例对预设可操作性指标阈值的大小不进行限制，也可取其它值，但其值接近于0。

S302、如果可操作性指标小于预设可操作性指标阈值，则确定目标机器人接近奇异位形；

S303、如果可操作性指标不小于预设可操作性指标阈值，则确定目标机器人未接近奇异位形。

下面对计算约束力的过程进行描述。

可选地，参考图4，基于可操作性指标计算约束力包括：

S401、计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；

在目标机器人接近奇异位形时，控制器继续添加一个虚拟的预设速度。即分别在笛卡尔空间的X，Y，Z方向加一个预设速度V_±(该预设速度是用于计算时添加的虚拟速度，其实际并没有加在目标机器人上)。

进而计算添加预设速度后的新的关节位置。具体的，先利用雅克比矩阵求解关节速度，得到关节速度为J^-1V_±，然后，在ΔT时间内对关节速度进行积分得到关节位置的偏移量，也就是J^-1V_±ΔT，最后在关节位置的偏移量基础上加上当前的关节位置，得到新的关节位置q+J^-1V_±ΔT。

综上，新的关节位置q_n±＝q+J^-1V_±ΔT。

其中，q_n+＝q+J^-1V₊ΔT，q_n-＝q+J^-1V_-ΔT。也就是，q_n+为预设速度V₊对应的新的关节位置，q_n-为预设速度V_-对应的新的关节位置。预设速度V₊和V_-为方向相反的两个预设速度。

S402、基于新的关节位置计算新的可操作性指标；

在得到新的关节位置后，基于新的关节位置计算新的可操作性指标。具体计算过程与可操作性指标的计算过程相同，在此不再赘述。

S403、结合新的可操作性指标和可操作性指标计算可操作性指标的梯度；

具体的，根据可操作性指标的梯度计算算式

计算可操作性指标的梯度，其中，Δw_±表示可操作性指标的梯度，w(q_n±)表示新的可操作性指标，w(q)表示可操作性指标，V_±表示预设速度，q_n±表示新的关节位置，q表示关节位置。

S404、根据可操作性指标的梯度确定约束力的方向和约束力的大小，其中，约束力的方向为使操作性指标变大的方向。

具体的，(1)在可操作性指标的梯度中确定最大梯度，其中，可操作性指标的梯度Δw_±包括：Δw₊和Δw_-，Δw₊与q_n+对应，Δw_-与q_n-对应，q_n+与V₊对应，q_n-与V_-对应，V₊和V_-表示方向相反的预设速度；

(2)将与最大梯度所对应的预设速度的方向作为约束力的方向；

(3)根据约束力大小计算算式F＝k(w)max(Δw_±)计算约束力的大小，其中，k(w)为关于可操作性指标w(q)的参数，max(Δw_±)表示最大梯度。

具体的，下面以一个举例进行说明：

以Y轴为例，假设预设速度为：V_y+＝[0 +1 0 0 0 0]和V_y-＝[0 -1 0 0 0 0]，其中，上述预设速度的向量中，前3个元素分别对应X、Y、Z方向的平移速度，后3个元素分别对应X、Y、Z方向的转动速度。

在得到预设速度后对应的就能计算得到新的关节位置q_n+和q_n-，进而计算得到对应的新的可操作性指标Δw₊和Δw_-，进一步得到最大梯度max{Δw₊,Δw_-}，将与最大梯度所对应的预设速度的方向作为约束力的方向，也就是如果最大梯度为Δw₊,，则约束力的方向为Y轴的正方向；如果最大梯度为Δw_-，则约束力的方向为Y轴的负方向，最后根据F＝k(w)max(Δw_±)计算约束力的大小。

在本发明实施例中，

其中，α用于控制约束力的上限，λ用于控制约束力的变化速度，可以人为设定。k(w)和w(q)的关系曲线如图5所示。当然，k(w)函数的形式不唯一，满足w(q)越小，k(w)越大即可。

本发明的机器人力控牵引过程中的避奇异方法中，当操作者在牵引示教过程中将机器人牵引至接近奇异位形的时候，控制器会检测到当前状态是接近奇异位形的，并控制机器人对操作者施加一定的约束力，防止操作者进一步将机器人牵引至奇异位形而导致报警停机，不会中断牵引操作过程，操作体验好，操作效率快。

实施例二：

一种机器人力控牵引过程中的避奇异装置，应用于控制器，参考图6，该装置包括：

第一计算模块11，用于实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

确定模块12，用于根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形；

第二计算模块13，如果确定得到目标机器人接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，以使目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续运动。

本发明的机器人力控牵引过程中的避奇异装置中，控制器能够实时计算目标机器人的可操作性指标，进而根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形，如果目标机器人接近奇异位形，则基于操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，使得目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续进行力控牵引的操作。该装置在力控牵引的过程中，能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

可选地，该装置还包括：

判断模块，用于判断力控牵引的过程是否结束；

返回执行模块，如果力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至力控牵引的过程结束。

可选地，该装置还包括：

继续运动模块，如果确定得到目标机器人未接近奇异位形，则使目标机器人在操作者的力控牵引下继续运动，直至力控牵引的过程结束。

可选地，第一计算模块包括：

第一计算单元，用于根据可操作性指标计算算式

计算可操作性指标，其中，W表示可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。

可选地，确定模块包括：

判断单元，用于判断可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；

第一确定单元，如果可操作性指标小于预设可操作性指标阈值，则确定目标机器人接近奇异位形；

第二确定单元，如果可操作性指标不小于预设可操作性指标阈值，则确定目标机器人未接近奇异位形。

可选地，第二计算模块包括：

第二计算单元，用于计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；

第三计算单元，用于基于新的关节位置计算新的可操作性指标；

第四计算单元，用于结合新的可操作性指标和可操作性指标计算可操作性指标的梯度；

第三确定单元，用于根据可操作性指标的梯度确定约束力的方向和约束力的大小，其中，约束力的方向为使操作性指标变大的方向。

可选地，第四计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据可操作性指标的梯度计算算式

计算可操作性指标的梯度，其中，Δw_±表示可操作性指标的梯度，w(q_n±)表示新的可操作性指标，w(q)表示可操作性指标，V_±表示预设速度，q_n±表示新的关节位置，q表示关节位置。

可选地，第三确定单元包括：

确定子单元，用于在可操作性指标的梯度中确定最大梯度，其中，可操作性指标的梯度Δw_±包括：Δw₊和Δw_-，Δw₊与q_n+对应，Δw_-与q_n-对应，q_n+与V₊对应，q_n-与V_-对应，V₊和V_-表示方向相反的预设速度；

设定子单元，用于将与最大梯度所对应的预设速度的方向作为约束力的方向；

第二计算子单元，用于根据约束力大小计算算式F＝k(w)max(Δw_±)计算约束力的大小，其中，k(w)为关于可操作性指标w(q)的参数，max(Δw_±)表示最大梯度。

该实施例二中的具体内容可以参考上述实施例一中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，其特征在于，应用于控制器，所述方法包括：

实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；

如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动；

实时计算目标机器人的可操作性指标包括：

根据可操作性指标计算算式

计算所述可操作性指标，其中，W表示所述可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数；

x表示目标机器人操作空间的位置，q表示目标机器人关节空间的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动之后，所述方法还包括：

判断所述力控牵引的过程是否结束；

如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果确定得到所述目标机器人未接近所述奇异位形，则使所述目标机器人在所述操作者的力控牵引下继续运动，直至所述力控牵引的过程结束。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形包括：

判断所述可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；

如果所述可操作性指标小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人接近所述奇异位形；

如果所述可操作性指标不小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人未接近所述奇异位形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述可操作性指标计算约束力包括：

计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，所述预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；

基于所述新的关节位置计算新的可操作性指标；

结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度；

根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小，其中，所述约束力的方向为使所述操作性指标变大的方向。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度包括：

根据可操作性指标的梯度计算算式

计算所述可操作性指标的梯度，其中，Δw_±表示所述可操作性指标的梯度，w(q_n±)表示所述新的可操作性指标，w(q)表示所述可操作性指标，V_±表示所述预设速度，q_n±表示所述新的关节位置，q表示关节位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小包括：

在所述可操作性指标的梯度中确定最大梯度，其中，所述可操作性指标的梯度Δw_±包括：Δw₊和Δw_-，Δw₊与q_n+对应，Δw_-与q_n-对应，q_n+与V₊对应，q_n-与V_-对应，V₊和V_-表示方向相反的预设速度；

将与所述最大梯度所对应的预设速度的方向作为所述约束力的方向；

根据约束力大小计算算式F＝k(w)max(Δw_±)计算所述约束力的大小，其中，k(w)为关于可操作性指标w(q)的参数，max(Δw_±)表示所述最大梯度。

8.一种机器人力控牵引过程中的避奇异装置，其特征在于，应用于控制器，所述装置包括：

第一计算模块，用于实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；

确定模块，用于根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；

第二计算模块，如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动；

所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于根据可操作性指标计算算式

计算可操作性指标，其中，W表示可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述力控牵引的过程是否结束；

返回执行模块，如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。

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