CN110576438A - 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统 - Google Patents

一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110576438A
CN110576438A CN201910772172.3A CN201910772172A CN110576438A CN 110576438 A CN110576438 A CN 110576438A CN 201910772172 A CN201910772172 A CN 201910772172A CN 110576438 A CN110576438 A CN 110576438A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
mechanical arm
joint section
jacobian matrix
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910772172.3A
Other languages
English (en)
Inventor
徐文福
刘天亮
胡忠华
梁斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology filed Critical Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910772172.3A priority Critical patent/CN110576438A/zh
Publication of CN110576438A publication Critical patent/CN110576438A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/161—Hardware, e.g. neural networks, fuzzy logic, interfaces, processor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统，其中，方法包括：通过对柔性机械臂的结构进行分析后分别获取关节段的关节变量参数，根据关节变量参数计算递推出机械臂的等效运动方程和关节段雅可比矩阵，通过关节段雅可比矩阵进一步获得机械臂雅可比矩阵，进一步通过机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个关节段的角度获得关节段角度的最优解，最后结合最优解和等效运动方程驱动机械臂的运动；解决了现有技术中驱动柔性机械臂工作需要进行繁杂的运算、庞大的驱动机构及复杂的控制系统的技术问题，提供了一种高效的、简便的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。

Description

一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及机械臂运动控制技术领域，尤其是涉及一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展，在许多领域中均应用到了机械臂代替人类进行一些高危、复杂的工作，降低了出现安全事故的风险且提高了工作的效率。
柔性机械臂相对于传统机械臂具有纤细的躯干、冗余的自由度等优势，在复杂的多障碍的环境中具有很好的灵活性，其被广泛应用于核电领域、航天领域等大型设备的检修、威化、装配等作业任务。但是，柔性机械臂一般采用单关节独立驱动的方式，在一定长度和冗余的自由度情况下，柔性机械臂需要庞大的驱动机构及复杂的控制系统。因此，克服由于应用柔性机械臂带来上述技术问题，能够使得柔性机械臂的应用更高效简便、使用成本更低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种高效的、简便的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，所述机械臂包括N个关节段，N个所述关节段均包括m个小节，m个所述小节间依次通过关节连接，其包括：
生成等效运动学方程，分别获取所述关节段的关节变量参数，并根据所述关节变量参数生成所述关节段的关节段运动学方程，并根据所述关节段运动学方程生成所述机械臂的等效运动方学程；
生成关节段雅可比矩阵，根据所述关节变量参数及其对应的所述机械臂的末端线速度和末端角速度，获得所述关节变量参数对应的所述关节段的关节段雅可比矩阵；
生成机械臂雅可比矩阵，根据所述关节段雅可比矩阵进一步生成机械臂雅可比矩阵；
生成最优解，根据所述机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个所述关节段的角度获得所述关节段的角度的最优解；
驱动机械臂，根据所述最优解和所述等效运动学方程驱动所述机械臂的运动。
进一步地，所述生成等效运动学方程具体包括：
根据所述机械臂的结构获得所述关节变量参数；
通过建立D-H坐标系对所述关节变量参数对应的所述关节段进行处理，获得对应的所述关节段运动学方程；
简化所述机械臂的运动学参数，并根据所述关节段运动学方程获得所述等效运动学方程。
进一步地，所述生成关节段雅可比矩阵具体包括：
所述生成关节段雅可比矩阵具体包括：
获取任一所述关节段的所述关节变量参数，并将所述关节变量参数记为θ2i-1，θ2i，其中1≤i≤2m；
根据所述关节变量参数θ2i-1，θ2i、所述末端线速度vsi和所述末端角速度wsi，获得所述关节段雅可比矩阵Ji的关系表达式：
根据所述关节段雅克比矩阵Ji的关系表达式计算可得所述关节段雅可比矩阵Ji。
进一步地，所述生成最优解具体包括：
获取所述机械臂的末端的期望位置和期望姿态，并根据所述期望位置和期望姿态生成期望参数Xd；
计算当前各个所述关节段的角度θ(j)对应的所述机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据所述实际位置和实际姿态生成实际参数X(j)；
根据所述期望参数Xd和所述实际参数X(j)之差判断当前各个所述关节段的角度θ(j)是否满足设定误差；若满足所述设定误差，则将作为最优解；否则，
获取对应当前各个所述关节段的角度θ(j)的所述机械臂雅可比矩阵J；
根据所述期望参数Xd和所述实际参数X(j)之差，及所述机械臂雅可比矩阵J，得到所述期望参数和所述实际参数之差到各个所述关节段的角度差的角度映射；
根据所述角度映射更新各个所述关节段的角度，将更新后的各个所述关节段的角度作为当前各个所述关节段的角度重复计算所述实际参数X(j)直至满足所述设定误差。
第二方面，本发明提供一种联动柔性机械臂的驱动装置，所述机械臂包括N个关节段，N个所述关节段均包括m个小节，m个所述小节间依次通过关节连接，其包括：
等效运动学方程生成模块，用于分别获取所述关节段的关节变量参数，并根据所述关节变量参数生成所述关节段的关节段运动学方程，并根据所述关节段运动学方程生成所述机械臂的等效运动方学程；
关节段雅可比矩阵生成模块，用于根据所述关节变量参数及其对应的所述机械臂的末端线速度和末端角速度，获得所述关节变量参数对应的所述关节段的关节段雅可比矩阵；
机械臂雅克比矩阵生成模块，用于根据所述关节段雅可比矩阵进一步生成机械臂雅可比矩阵；
最优解计算模块，用于根据所述机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个所述关节段的角度获得所述关节段的角度的最优解；
驱动模块，用于根据所述最优解和所述等效运动学方程驱动所述机械臂的运动。
进一步地，所述等效运动学方程生成模块具体包括：关节变量参数获取单元、关节段运动学方程生成单元和等效运动学方程生成单元；所述关节变量参数获取单元将获取的所述关节变量参数发送至所述关节运动学方程生成模块，所述关节运动学生成单元建立D-H坐标系对所述关节变量参数对应的关节段进行处理，生成对应的所述关节段运动方程，并将所述关节段运动学方程发送至所述等效运动学方程生成模块，所述等效运动学方程生成模块简化所述机械臂的运动学参数后，结合所述关节段运动学方程生成所述等效运动学方程。
进一步地，所述最优解计算模块包括：期望参数计算单元、实际参数计算单元、选择判断单元、雅可比矩阵计算单元、角度映射计算单元和循环计算单元；
所述期望参数计算单元用于获取所述机械臂的末端的期望位置和期望姿态，并根据所述期望位置和期望姿态生成期望参数；
所述实际参数计算单元用于计算当前各个所述关节段的角度对应的所述机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据所述实际位置和实际姿态生成实际参数；
所述选择判断单元用于根据所述期望参数和所述实际参数之差判断当前各个所述关节段的角度是否满足设定误差；若满足所述设定误差，则将当前各个所述关节段的角度作为最优解；否则执行所述雅可比矩阵计算单元的工作；
所述雅可比矩阵计算单元用于计算对应当前各个所述关节段的角度的所述机械臂雅可比矩阵；
所述角度映射计算单元用于根据所述期望参数和所述实际参数之差，及所述机械臂雅可比矩阵，得到所述期望参数和所述实际参数之差到各个所述关节段的角度差的角度映射；
所述循环计算单元用于根据所述角度映射更新各个所述关节段的角度，将更新后的各个所述关节段的角度作为当前各个所述关节段的角度重复计算所述实际参数直至满足所述设定误差。
第三方面，本发明提供一种联动柔性机械臂的驱动系统，其包括机械臂本体和驱动器；所述驱动器用于执行所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法控制所述机械臂本体的工作。
第四方面，本发明提供一种联动柔性机械臂的驱动控制设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
本发明的有益效果是：
本发明中一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，其通过对柔性机械臂的结构进行分析后分别获取关节段的关节变量参数，根据关节变量参数计算递推出机械臂的等效运动方程和关节段雅可比矩阵，通过关节段雅可比矩阵进一步获得机械臂雅可比矩阵，进一步通过机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个关节段的角度获得关节段角度的最优解，最后结合最优解和等效运动方程驱动机械臂的运动；解决了现有技术中驱动柔性机械臂工作需要进行繁杂的运算、庞大的驱动机构及复杂的控制系统的技术问题，提供了一种高效的、简便的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
附图说明
图1是本发明中一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法的一具体实施例流程图；
图2是本发明中一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法中对关节段建立D-H坐标系进行分析处理的一具体实施例示意图；
图3是本发明中一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法中第i关节段的各个矢量的一具体实施例示意图；
图4是本发明中一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法中生成最优解的一具体实施例流程图；
图5是本发明中一种联动柔性机械臂的驱动装置的一具体实施例模块框图；
图6是本发明中一种联动柔性机械臂的驱动装置中等效运动学方程生成模块的一具体实施例模块框图；
图7是本发明中一种联动柔性机械臂的驱动装置中最优解计算模块的一具体实施例模块框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本发明实施例中，机械臂的具体结构组成为：包括N个关节段，N个关节段分别包括m个小节，m个小节，m个小节一一对应一个关节，且m个小节依次通过关节连接。参照图1，图1是本发明实施例一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法的一具体实施例流程图，其包括以下步骤：
S01、生成等效运动学方程，其包括：分别获取关节段的变量参数，并根据关节变量参数生成关节段的关节段运动学返程，并根据关节段运动学方程生成机械臂的等效运动学方程。具体的：
根据机械臂的结构获得关节变量参数，由于机械臂中每个关节段具有m个小节，且m个小节依次通过关节连接，因此，相连的小节之间由于通过联动绳索耦合作用，使得各个小节具有相同的运动角度，因此，可知每个关节段可以看做是独特的关节，其运动学参数可简化为：θ2i-1，θ2i，其中1≤i≤2m。参照图2，图2是对运动学参数θ2i-1，θ2i表示的关节段建立D-H坐标系进行分析处理，则可得其对应的D-H参数表，如表1所示：
表1关节段对应的D-H参数表
其中，Link i表示该关节段的第i个关节，ai表示Zi-1与Zi轴两者之间的最短距离，αi表示由轴Zi-1转向Zi轴的角度在Xi轴方向表示，di表示关节i-1的原点到Zi-1轴与Xi交点之间的距离在Zi-1轴上表示，θi表示由轴Xi-1转到Xi轴的关节角度沿轴Zi-1方向的表示。
则根据上述D-H参数表可以求得关节段i的运动学方程可以等效地简化为：
其中i-1Ti第i关节段中相邻坐标系的齐次变换矩阵，其可以表示为：
根据上述获得的关节段运动学方程，并将2N自由度联动柔性机械臂的运动学进一步等效为具有N个双向自由度关节的机械臂的运动学分析，即将其运动学参数简化为2N个，可得其等效运动学方程为：
S02、生成关节段雅可比矩阵，其包括：根据关节变量参数及其对应的机械臂的末端线速度和末端角速度，获得关节变量参数对应的关节段的关节段雅可比矩阵。具体的：
参照图3，获取机械臂上任意一个关节段的关节变量参数，同样记为θ2i-1，θ2i，并获取该关节变量参数对应的机械臂的末端线速度vsi和末端角速度wsi，则可得该关节段雅可比矩阵的关系表达式Ji为：
其中，角速度wsi代表第i关节段的关节变量参数[θ2i-1θ2i]T导致的末端角速度，vsi则为对应的线速度，ei,k是第i关节段的第k个关节的单位方向矢量，是该关节段第k个轴的中心指向机械臂的末端的矢量。综上可得，Ji∈R6×2是关节段i的关节变量对应的雅克比矩阵。θi,k是第i关节段的第k个关节的角度，其值为：
则联合(4)和(5)式可得关节段雅可比矩阵Ji为：
参照图3可得：
ri,k＝-rOi,k-Pi-1+Pe (7)
其中，代表从第i关节段的根部到其第k个关节矢量在全局下的表示。另外，(6)式中的w2i-1和w2i可表示为：
v2i-1和v2i可表示为：
其中，Ri-1代表从第i-1关节段的段坐标系到机械臂的根部坐标系的全局旋转变换矩阵。fω,2i-1和fω,2i定义为：
进一步得到(9)式中的v2i-1可进一步表示为：
其中，是关于矢量ei,1的反对称矩阵，矩阵Ri-1，Pi-1和Pe均可以通过简化的正运动学求解中获得，fv1,2i-1和fv2,2i-1定义为：
同理，(9)式中的v2i也可以进一步表示为：
其中，fv1,2i和fv2,2i定位：
S03，类似的，通过对第1至第N关节段的求解，可得整个N段联动柔性机械臂的机械臂雅可比矩阵为：
S04、生成最优解，包括根据机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个关节段的角度获得关节段的角度的最优解。具体的，参照图包括步骤：
S041、获取期望参数，具体为：设定一个机械臂的末端的期望位置和期望姿态，根据期望位置和期望姿态生成期望参数Xd，并获取期望参数Xd；
S042、获取实际参数，具体为：计算当前各个关节段的角度θ(j)对应的机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据实际位置和实际姿态生成实际参数X(j)；
S043、判断是否满足设定误差，具体为：根据所述期望参数Xd和所述实际参数X(j)之差：ΔX(j)＝Xd-X(j)，ΔX(j)是否满足设定误差，若满足设定误差，则将θ(j)作为最优解，否则，继续执行下一个步骤；
S044、获取对应当前各个关节段的角度θ(j)的机械臂雅可比矩阵J；
S045、获得角度映射，具体为：根据ΔX(j)及所述机械臂雅可比矩阵J，得到ΔX(j)到各个关节段的角度差的角度映射Δθ(j+1)＝J+ΔX(j)；其中，J+为的J伪逆，J+＝JT(JJT)-1；
S046、获得最优解，具体为：根据角度映射Δθ(j+1)更新各个关节段的角度θ(j+1)＝θ(j)+Δθ(j+1)后，返回执行步骤S042直至得到最优解。
另外，可通过在步骤S046中设定最大更新次数，当更新各个关节段的角度达到最大次数时，以最后一次得到的各个关节段的角度作为最优解，目的在于防止计算进入死循环，无法输出结果。
S05、驱动机械臂，最后根据得到的最优解和等效运动学方程驱动机械臂运动。
综上所述，本发明实施例中，一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，其通过对柔性机械臂的结构进行分析后分别获取关节段的关节变量参数，根据关节变量参数计算递推出机械臂的等效运动方程和关节段雅可比矩阵，通过关节段雅可比矩阵进一步获得机械臂雅可比矩阵，进一步通过机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个关节段的角度获得关节段角度的最优解，最后结合最优解和等效运动方程驱动机械臂的运动；解决了现有技术中驱动柔性机械臂工作需要进行繁杂的运算、庞大的驱动机构及复杂的控制系统的技术问题，提供了一种高效的、简便的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
实施例二：
参照图5，本发明实施例提供了一种联动柔性机械臂的驱动装置，其中，机械臂包括N个关节段，N个所述关节段均包括m个小节，m个所述小节间依次通过关节连接，其包括：
等效运动学方程生成模块，用于分别获取关节段的关节变量参数，并根据关节变量参数生成关节段的关节段运动学方程，并根据关节段运动学方程生成机械臂的等效运动方学程；
关节段雅可比矩阵生成模块，用于根据关节变量参数及其对应的机械臂的末端线速度和末端角速度，获得关节变量参数对应的关节段的关节段雅可比矩阵；
机械臂雅克比矩阵生成模块，用于根据关节段雅可比矩阵进一步生成机械臂雅可比矩阵；
最优解计算模块，用于根据机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个关节段的角度获得关节段的角度的最优解；
驱动模块，用于根据最优解和等效运动学方程驱动所述机械臂的运动。
其中：
参照图6，等效运动学方程生成模块具体包括：关节变量参数获取单元、关节段运动学方程生成单元和等效运动学方程生成单元；关节变量参数获取单元将获取的关节变量参数发送至关节运动学方程生成模块，关节运动学生成单元建立D-H坐标系对关节变量参数对应的关节段进行处理，生成对应的关节段运动方程，并将关节段运动学方程发送至等效运动学方程生成模块，等效运动学方程生成模块简化机械臂的运动学参数后，结合关节段运动学方程生成等效运动学方程。
参照图7，最优解计算模块包括：期望参数计算单元、实际参数计算单元、选择判断单元、雅可比矩阵计算单元、角度映射计算单元和循环计算单元；
期望参数计算单元用于获取机械臂的末端的期望位置和期望姿态，并根据期望位置和期望姿态生成期望参数；
实际参数计算单元用于计算当前各个关节段的角度对应的机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据实际位置和实际姿态生成实际参数；
选择判断单元用于根据期望参数和实际参数之差判断当前各个所述关节段的角度是否满足设定误差；若满足设定误差，则将当前各个关节段的角度作为最优解；否则执行雅可比矩阵计算单元的工作；
雅可比矩阵计算单元用于计算对应当前各个关节段的角度的机械臂雅可比矩阵；
角度映射计算单元用于根据期望参数和实际参数之差，及机械臂雅可比矩阵，得到期望参数和实际参数之差到各个关节段的角度差的角度映射；
循环计算单元用于根据角度映射更新各个关节段的角度，将更新后的各个关节段的角度作为当前各个关节段的角度重复计算实际参数直至满足设定误差。
另外，循环计算单元中设有循环停止子单元，循环停止子单元中设定有循环最大次数条件，当更新各个关节段的角度达到最大次数条件时，以最后一次得到的各个关节段的角度作为最优解，目的在于防止计算进入死循环，无法输出结果。
本发明实施例中提供的一种联动柔性机械臂的驱动装置，其实现的过程原理可与实施例一中的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法实现的过程原理相互参照对应，在此不做赘述。
本发明实施例中一种联动柔性机械臂的驱动装置，其解决了现有技术中联动柔性机械臂的驱动装置驱动柔性机械臂工作需要进行繁杂的运算、庞大的驱动机构及复杂的控制系统的技术问题，提供了一种高效的、简便的联动柔性机械臂的驱动装置。
实施例三：
本发明实施例提供了一种联动柔性机械臂的驱动系统，其包括机械臂本体和驱动器；所述驱动器用于执行如实施例一所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法控制所述机械臂本体的工作。其解决了现有技术中联动柔性机械臂的驱动系统在进行工作时需要进行繁杂的运算、庞大的驱动机构及复杂的控制系统的技术问题，提供了一种高效的、简便的联动柔性机械臂的驱动系统。
实施例四：
本发明实施例提供了一种联动柔性机械臂的驱动控制设备，其包括：
至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被所述至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如实施例一所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
实施例五：
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如实施例一所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，所述机械臂包括N个关节段，N个所述关节段均包括m个小节，m个所述小节间依次通过关节连接，其特征在于，包括：
生成等效运动学方程，分别获取所述关节段的关节变量参数，并根据所述关节变量参数生成所述关节段的关节段运动学方程，并根据所述关节段运动学方程生成所述机械臂的等效运动方学程；
生成关节段雅可比矩阵，根据所述关节变量参数及其对应的所述机械臂的末端线速度和末端角速度，获得所述关节变量参数对应的所述关节段的关节段雅可比矩阵；
生成机械臂雅可比矩阵，根据所述关节段雅可比矩阵进一步生成机械臂雅可比矩阵；
生成最优解，根据所述机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个所述关节段的角度获得所述关节段的角度的最优解；
驱动机械臂，根据所述最优解和所述等效运动学方程驱动所述机械臂的运动。
2.根据权利要求1所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，其特征在于，所述生成等效运动学方程具体包括：
根据所述机械臂的结构获得所述关节变量参数；
通过建立D-H坐标系对所述关节变量参数对应的所述关节段进行处理，获得对应的所述关节段运动学方程；
简化所述机械臂的运动学参数，并根据所述关节段运动学方程获得所述等效运动学方程。
3.根据权利要求1所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，其特征在于，所述生成关节段雅可比矩阵具体包括：
获取任一所述关节段的所述关节变量参数，并将所述关节变量参数记为θ2i-1，θ2i，其中1≤i≤2m；
根据所述关节变量参数θ2i-1，θ2i、所述末端线速度vsi和所述末端角速度wsi，获得所述关节段雅克布矩阵Ji的关系表达式：
根据所述关节段雅克比矩阵Ji的关系表达式计算可得所述关节段雅可比矩阵Ji。
4.根据权利要求1至3任一项所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法，其特征在于，所述生成最优解具体包括：
获取所述机械臂的末端的期望位置和期望姿态，并根据所述期望位置和所述期望姿态生成期望参数Xd；
计算当前各个所述关节段的角度θ(j)对应的所述机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据所述实际位置和所述实际姿态生成实际参数X(j)；
根据所述期望参数Xd和所述实际参数X(j)之差判断当前各个所述关节段的角度θ(j)是否满足设定误差；若满足所述设定误差，则将作为最优解；否则，
获取对应当前各个所述关节段的角度θ(j)的所述机械臂雅可比矩阵J；
根据所述期望参数Xd和所述实际参数X(j)之差，及所述机械臂雅可比矩阵J，得到所述期望参数和所述实际参数之差到各个所述关节段的角度差的角度映射；
根据所述角度映射更新各个所述关节段的角度，将更新后的各个所述关节段的角度作为当前各个所述关节段的角度重复计算所述实际参数X(j)直至满足所述设定误差。
5.一种联动柔性机械臂的驱动装置，所述机械臂包括N个关节段，N个所述关节段均包括m个小节，m个所述小节间依次通过关节连接，其特征在于，包括：
等效运动学方程生成模块，用于分别获取所述关节段的关节变量参数，并根据所述关节变量参数生成所述关节段的关节段运动学方程，并根据所述关节段运动学方程生成所述机械臂的等效运动方学程；
关节段雅可比矩阵生成模块，用于根据所述关节变量参数及其对应的所述机械臂的末端线速度和末端角速度，获得所述关节变量参数对应的所述关节段的关节段雅可比矩阵；
机械臂雅克比矩阵生成模块，用于根据所述关节段雅可比矩阵进一步生成机械臂雅可比矩阵；
最优解计算模块，用于根据所述机械臂雅可比矩阵进行逆运动学求解当前各个所述关节段的角度获得所述关节段的角度的最优解；
驱动模块，用于根据所述最优解和所述等效运动学方程驱动所述机械臂的运动。
6.根据权利要求5所述的联动柔性机械臂的驱动装置，其特征在于，所述等效运动学方程生成模块具体包括：关节变量参数获取单元、关节段运动学方程生成单元和等效运动学方程生成单元；所述关节变量参数获取单元将获取的所述关节变量参数发送至所述关节运动学方程生成模块，所述关节运动学生成单元建立D-H坐标系对所述关节变量参数对应的关节段进行处理，生成对应的所述关节段运动方程，并将所述关节段运动学方程发送至所述等效运动学方程生成模块，所述等效运动学方程生成模块简化所述机械臂的运动学参数后，结合所述关节段运动学方程生成所述等效运动学方程。
7.根据权利要求5或6所述的联动柔性机械臂的驱动装置，其特征在于，所述最优解计算模块包括：期望参数计算单元、实际参数计算单元、选择判断单元、雅可比矩阵计算单元、角度映射计算单元和循环计算单元；
所述期望参数计算单元用于获取所述机械臂的末端的期望位置和期望姿态，并根据所述期望位置和期望姿态生成期望参数；
所述实际参数计算单元用于计算当前各个所述关节段的角度对应的所述机械臂的末端的实际位置和实际姿态，并根据所述实际位置和实际姿态生成实际参数；
所述选择判断单元用于根据所述期望参数和所述实际参数之差判断当前各个所述关节段的角度是否满足设定误差；若满足所述设定误差，则将当前各个所述关节段的角度作为最优解；否则执行所述雅可比矩阵计算单元的工作；
所述雅可比矩阵计算单元用于计算对应当前各个所述关节段的角度的所述机械臂雅可比矩阵；
所述角度映射计算单元用于根据所述期望参数和所述实际参数之差，及所述机械臂雅可比矩阵，得到所述期望参数和所述实际参数之差到各个所述关节段的角度差的角度映射；
所述循环计算单元用于根据所述角度映射更新各个所述关节段的角度，将更新后的各个所述关节段的角度作为当前各个所述关节段的角度重复计算所述实际参数直至满足所述设定误差。
8.一种联动柔性机械臂的驱动系统，其特征在于，包括机械臂本体和驱动器；所述驱动器用于执行如权利要求1至4任一项所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法控制所述机械臂本体的工作。
9.一种联动柔性机械臂的驱动控制设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至4任一项所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至4任一项所述的联动柔性机械臂的简化运动学求解方法。
CN201910772172.3A 2019-08-21 2019-08-21 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统 Pending CN110576438A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910772172.3A CN110576438A (zh) 2019-08-21 2019-08-21 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910772172.3A CN110576438A (zh) 2019-08-21 2019-08-21 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110576438A true CN110576438A (zh) 2019-12-17

Family

ID=68811595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910772172.3A Pending CN110576438A (zh) 2019-08-21 2019-08-21 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110576438A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111251303A (zh) * 2020-03-11 2020-06-09 北京理工大学 一种周期性姿态调整的机器人运动控制方法
CN111906762A (zh) * 2020-06-10 2020-11-10 哈尔滨工业大学 一种蛇形机械臂的关节角度确定方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009094670A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for force sensing in a robot
JP2011075569A (ja) * 2010-10-02 2011-04-14 International Rescue System Institute フレキシブルセンサチューブ
CN107263477A (zh) * 2017-07-07 2017-10-20 浙江大学 一种绳驱动串联关节型蛇形机械臂控制方法
CN108673509A (zh) * 2018-06-15 2018-10-19 东北大学 一种六自由度手腕偏置型串联机械臂的运动控制方法
CN109015655A (zh) * 2018-09-06 2018-12-18 清华大学深圳研究生院 蛇形机器人运动控制与末端定位方法及装置、存储介质
CN109249428A (zh) * 2018-11-12 2019-01-22 清华大学深圳研究生院 绳驱动联动式机械臂的末端笛卡尔空间刚度建模方法
CN109366486A (zh) * 2018-09-28 2019-02-22 哈尔滨工业大学（深圳） 柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009094670A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for force sensing in a robot
JP2011075569A (ja) * 2010-10-02 2011-04-14 International Rescue System Institute フレキシブルセンサチューブ
CN107263477A (zh) * 2017-07-07 2017-10-20 浙江大学 一种绳驱动串联关节型蛇形机械臂控制方法
CN108673509A (zh) * 2018-06-15 2018-10-19 东北大学 一种六自由度手腕偏置型串联机械臂的运动控制方法
CN109015655A (zh) * 2018-09-06 2018-12-18 清华大学深圳研究生院 蛇形机器人运动控制与末端定位方法及装置、存储介质
CN109366486A (zh) * 2018-09-28 2019-02-22 哈尔滨工业大学（深圳） 柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质
CN109249428A (zh) * 2018-11-12 2019-01-22 清华大学深圳研究生院 绳驱动联动式机械臂的末端笛卡尔空间刚度建模方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丁学恭: "《机器人控制研究》", 30 September 2006, 浙江大学出版社 *
刘天亮: "面向狭小空间作业的绳索驱动超冗余机械臂的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111251303A (zh) * 2020-03-11 2020-06-09 北京理工大学 一种周期性姿态调整的机器人运动控制方法
CN111906762A (zh) * 2020-06-10 2020-11-10 哈尔滨工业大学 一种蛇形机械臂的关节角度确定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109176494B (zh) 绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质
CN111300425B (zh) 一种超冗余机械臂末端轨迹运动规划方法
CN109176488B (zh) 一种柔性机器人运动学标定方法及系统
CN109702751A (zh) 一种七自由度串联机械臂的位置级逆解方法
CN113127989B (zh) 一种六自由度机械臂逆运动学解析求解控制方法
CN111844005B (zh) 一种应用于隧道湿喷的2r-p-2r-p-2r机械臂运动规划方法
CN107253191B (zh) 一种双机械臂系统及其协调控制方法
CN106844951B (zh) 基于分段几何法求解超冗余机器人逆运动学的方法及系统
CN111590567B (zh) 一种基于Omega手柄的空间机械臂遥操作规划方法
CN110253574A (zh) 一种多任务机械臂位姿检测和误差补偿方法
CN111890349A (zh) 一种四自由度机械臂运动规划方法
CN110561419B (zh) 臂型线约束柔性机器人轨迹规划方法及装置
CN110576438A (zh) 一种联动柔性机械臂的简化运动学求解方法、装置及系统
CN117428791B (zh) 一种用于肩部四轴康复机器人的逆运动学求解方法及系统
CN109366486A (zh) 柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质
CN117245663A (zh) 绳驱空间柔性机械臂力位型融合柔顺控制方法及系统
Gu et al. Dexterous obstacle-avoidance motion control of Rope Driven Snake Manipulator based on the bionic path following
CN106378778A (zh) 一种采用马达代数求解机械臂运动学的方法
Marais et al. Design and control of cram: A highly articulated cable-driven remote access manipulator for confined space inspection
Yue Kinematic modelling and simulation of LeArm robot
Qu et al. A new method for isotropic analysis of limited DOF parallel manipulators with terminal constraints
JPH05177563A (ja) マスタスレーブマニピュレータの制御方法
CN113246138B (zh) 基于绳驱多关节冗余驱动机械臂的视觉伺服补偿控制方法
CN113524171B (zh) 多自由度机器人的控制方法、系统、机器人、设备及介质
CN108107765A (zh) 一种异构主从系统的运动映射方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191217