CN113442144B - 欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂 - Google Patents

欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂 Download PDF

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Abstract

一种欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂，主要包括根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得机械臂的基础位姿；根据基础位姿和目标位姿，确定交点；根据交点和目标轴，构建目标坐标系，并基于目标坐标系确定机械臂的最优位姿。据此，本申请可在欠约束的条件下快速且准确地确定机械臂的最优位置，并可充分利用机械臂的臂展，以获得最大的工作半径，从而有利于机械臂更好地完成各种复杂操作。

Description

欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂
技术领域
本发明实施例涉及机械臂位姿控制技术，尤其涉及一种欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂。
背景技术
在目前的机器人领域，为了使机器人能够正常运作并完成相应的工作，常常需要根据目标位姿和当前位姿求得运动学逆解，据以提供机器人的机械臂以特定的姿态到达目标附近的特定位置，从而完成后续的工作。
然而，由于机械臂的目标姿态往往是无法完全确定的、是欠约束的，所以机械臂从当前位姿到达目标位姿之间的解将由于自转角度等多种因素，而存在多解关系。不同的求解结果对于机械臂臂展的利用程度各不相同，甚至可能存在机械臂无法到达目标位姿的情况，因此，如何在欠约束的情况下优化求解姿态，对于机械臂能否到达目标位置、能否获得良好的机械臂空间姿态以及能否获得最大化的机械臂工作空间等问题起到至关重要的作用，也足以影响机械臂整体性能。
对于在复杂工况下进行高精度操作的机器人而言，由于工作环境和工作任务的特殊性，其需要尽可能利用机械臂的臂展，借以获得较好的空间姿态。
在现有的机械臂姿态优化方法中，通过手动调整机械臂的自转角度，从而获得最优姿态的方式是较为常见的，然而，此方式主要是利用人眼及人脑中的先验知识对所获得的结果进行判断，并通过手工调整的方式针对机械臂的位姿进行优化调整。
然而，由于人脑对基础姿态与最优姿态之间的差距判断存在局限性，无法准确地描述两个姿态间的差距，导致方需要进行多次尝试求解，故此方法极大地降低了机械臂的定位效率，且最终所确定的姿态无法确保能够最大化利用机械臂的臂展。
再者，目前采用的另外一种方法是通过在基础姿态的基础上遍历解空间的方法以获得较优位姿，然而，此方法虽然减少了人工对于整个求解过程的参与，但是极大的增加了机械臂求解次数，因此，此方法同样存在效率较低，以及根据其遍历解空间的精度不同而存在误差的问题，对于后续的作业及定位工作造成很大的影响。
有鉴于此，如何在欠约束的条件下提供一种快速准确的机械臂最优位姿确定技术，即为本申请待解决的技术课题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂，可快速且准确地确定机械臂的最优位姿。
根据本发明的第一方面，提供一种欠约束下的最优位姿确定方法，其包括根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿；根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点；以及根据所述交点和所述目标位姿，构建目标坐标系，以基于所述目标坐标系确定所述机械臂的最优位姿。
可选地，所述根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿包括：根据预设目标特征确定所述目标轴，并根据所述目标轴随机生成中间坐标系；基于随机生成的所述中间坐标系，确定所述目标位姿；以及根据所述当前位姿和所述目标位姿，确定所述基础位姿。
可选地，所述方法还包括：根据所述基础位姿和所述目标位姿，获得所述基础位姿的基础轴和所述目标位姿的目标轴为共面相交或异面相交的分析结果。
可选地，所述根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点包括：响应所述基础轴和所述目标轴之间为共面相交的所述分析结果，基于所述中间坐标系，获得所述基础轴的第一轴线方程和所述目标轴的第二轴线方程；以及根据所述第一轴线方程和所述第二轴线方程，获得所述交点的位置信息；其中，所述第一轴线方程和所述第二轴线方程分别表示为：
Figure 948699DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 428222DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，所述
Figure 396178DEST_PATH_IMAGE003
表示所述基础轴，所述
Figure 492310DEST_PATH_IMAGE004
表示所述基础轴的方向向量，所述
Figure 938335DEST_PATH_IMAGE005
表示所述基础轴上的任意一点的位置，所述
Figure 662577DEST_PATH_IMAGE006
表示所述目标轴，所述
Figure 801434DEST_PATH_IMAGE007
表示所述目标轴的方向向量，所述
Figure 384862DEST_PATH_IMAGE008
表示所述目标轴上的任意一点的位置；所述
Figure 634578DEST_PATH_IMAGE009
表示所述基础轴或所述目标轴所在直线上的任意一点的位置。
可选地，所述基础轴的方向与处于所述基础位姿下的所述机械臂的第六轴的轴线相互平行。
可选地，所述根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点包括：响应所述基础轴和所述目标轴之间为异面相交的所述分析结果，根据所述基础轴、所述目标轴、所述基础轴和所述目标轴的公垂线，获得所述交点的位置信息。
可选地，所述根据所述基础轴、所述目标轴、所述基础轴和所述目标轴的公垂线，获得所述交点包括：根据所述中间坐标系，确定所述基础轴上任意两个基础点对应的两个基础点坐标和所述目标轴上任意两个目标点对应的两个目标点坐标；根据所述两个基础点坐标、所述两个目标点坐标，定义所述基础轴的基础垂足坐标、所述目标轴的目标垂足坐标、所述公垂线；根据所述两个基础点坐标、所述基础垂足坐标、所述两个目标点坐标、所述目标垂足坐标、以及所述公垂线同时垂直于所述基础轴和所述目标轴的原理，确定第一换算公式和第二换算公式；以及根据所述第一换算公式和所述第二换算公式，获得所述交点的位置信息；所述基础轴和所述目标轴各自的轴线方程分别表示为：
Figure 619852DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 398452DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，所述
Figure 469176DEST_PATH_IMAGE003
表示所述基础轴，所述
Figure 522583DEST_PATH_IMAGE004
表示所述基础轴的方向向量，所述
Figure 362363DEST_PATH_IMAGE005
表示所述基础轴上的任意一点的位置，所述
Figure 436498DEST_PATH_IMAGE006
表示所述目标轴，所述
Figure 728939DEST_PATH_IMAGE007
表示所述目标轴的方向向量，所述
Figure 586037DEST_PATH_IMAGE008
表示所述目标轴上的任意一点的位置；所述
Figure 280323DEST_PATH_IMAGE010
表示所述基础轴或所述目标轴所在直线上的任意一点的位置；
所述两个基础点坐标分别表示为：
Figure 400726DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 446042DEST_PATH_IMAGE012
；所述两个目标点坐标分别表示为：
Figure 841252DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 390045DEST_PATH_IMAGE014
；所述基础垂足坐标表示为：
Figure 478086DEST_PATH_IMAGE015
；
所述目标垂足坐标表示为：
Figure 840060DEST_PATH_IMAGE016
；
所述第一换算公式和所述第二换算公式分别表示为：
Figure 773381DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 442259DEST_PATH_IMAGE018
；
其中，所述
Figure 701203DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 189953DEST_PATH_IMAGE020
分别为待求解的中间参数，其可基于所述第一换算公式和所述第二换算公式推导求得。
可选地，所述根据所述交点和所述目标轴，构建目标坐标系包括：根据所述交点、所述机械臂的基座，确定所述交点至所述基座的连线在预设平面内的投影线；以及根据所述目标轴和所述投影线，构建所述目标坐标系。
可选地，所述预设平面与所述机械臂的基座的水平面相互平行。
可选地，当所述机械臂处于所述最优位姿时，所述机械臂的第六轴的轴线处于由所述目标轴和所述投影线构成的平面内。
根据本发明的第二方面，提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行上述第一方面所述的方法。
根据本发明的第三方面，提供一种欠约束下的最优位姿确定装置，其包括基础位姿计算模块，其根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿；交点计算模块，其根据所述基础位姿和所述目标轴，确定交点；以及最优位姿确定模块，其根据所述交点和所述目标位姿，构建目标坐标系，以基于所述目标坐标系确定所述机械臂的最优位姿。
根据本发明的第四方面，提供一种机械臂，所述机械臂可根据上述第三方面的欠约束下的最优位姿确定装置所确定的所述最优位姿进行调整。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质及机械臂，可根据由当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位置获得基础位姿，并根据基于基础位姿和目标位姿所确定的交点和目标轴，构建目标坐标系，据以确定机械臂的最优姿态。据此，本申请不仅可在欠约束的条件下提供机械臂快速、准确地调整至最优姿态，且可充分利用机械臂的臂展，以获得最大化的工作半径，从而有利于机械臂更好地完成复杂操作。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比值绘制的。附图中：
图1示出了本发明第一实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。
图2示出了本发明第二实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。
图3示出了本发明第三实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。
图4示出了本发明第四实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。
图5示出了本发明第五实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。
图6示出了机械臂的状态示意图。
图7示出了本申请第七实施例的欠约束下的最优位姿确定装置的架构示意图。
图8示出了本申请第八实施例的机械臂的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
诚如前述背景技术部分所述，由于目前机械臂的最优位姿主要是通过手动调整方式来实现，存在着机械臂调整操作效率低下，且在最优位姿下无法确保机械臂臂展得到充分利用等问题。
有鉴于此，本申请提出一种欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质和机械臂，可在欠约束条件下快速且准确的确定机械臂的最优位姿。下面将结合本发明各实施例附图进一步说明本发明各实施例的具体实现。
第一实施例
图1示出了本发明第一实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。如图所示，本实施例的欠约束下的最优位姿确定方法主要包括以下步骤：
步骤S102, 根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得机械臂的基础位姿。
于本实施例中，机械臂包括六轴机械臂（参考图6）。
可选地，可通过机械臂的控制箱，获得机械臂的当前位姿。
可选地，可根据预设目标特征确定目标轴，并基于目标轴构建随机的目标位姿。
步骤S104，根据基础位姿和目标位姿，确定交点。
于本实施例中，可根据基础位姿的基础轴和目标位姿的目标轴，确定交点。
可选地，可根据机械臂的基础位姿，获得机械臂末端的位置信息以及方向信息（亦可称之为法兰方向信息）。
如图6所示，于本实施例中，基础轴的方向与处于基础位姿下的机械臂的第六轴的轴线相互平行（或重合）。
步骤S106，根据交点和目标轴，构建目标坐标系，以基于目标坐标系确定机械臂的最优位姿。
于本实施例中，可根据交点和机械臂的基座，确定交点至基座的连线在预设平面内的投影线。
于本实施例中，预设平面与机械臂的基座的水平面相互平行（即如图6所示的XOY平面）。
于本实施例中，当处于最优位姿时，机械臂的第六轴的轴线可位于由目标轴和投影线所构成的平面内。
具体地，由于根据预设目标特征所生成的目标位姿是随机的，欠约束的，使得基础位姿不一定与最优位姿重合，因此需要对基础位姿进一步优化调整。对于六轴机械臂而言，若在最优位姿下，机械臂的第六轴的轴线位于由目标轴和投影线所构成的平面内时，可使得在定位过程中能够尽可能地利用第六轴的长度，从而可最大化地利用机械臂的臂展以实现最大化的工作半径。
综上所述，本申请实施例的欠约束下的最优位姿确定方法，通过求解机械臂的基础位姿和目标位姿的交点，并根据交点和目标轴构建目标坐标系，据以确定机械臂的最优位姿，借此，本申请可在欠约束的条件下，快速准确地确定机械臂的最优位姿，不仅可避免人工调整机械臂导致的人为操作误差、亦可降低对操作人员的操作门槛，且可实现在保证精度的同时有效提高处理效率。
第二实施例
图2示出了本申请第二实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。本实施例为上述步骤S102的具体实施方案，如图所示，本实施例主要包括以下步骤：
步骤S202，根据预设目标特征确定目标轴，并根据目标轴随机生成中间坐标系。
具体地，可根据预设目标特征确定目标轴，再将所确定的目标轴上的一点作为中间坐标系的原点，并将目标轴作为中间坐标系的X轴，而后，根据坐标系之间的垂直关系随机生成一个与X轴相垂直的向量以作为中间坐标系的Y轴，再根据直角坐标系坐标轴间的叉乘关系，获得中间坐标系的Z轴，从而完成中间坐标系的建立。
步骤S204，基于随机生成的中间坐标系，确定目标位姿。
于本实施例中，可根据当前随机生成的中间坐标系，确定目标位姿。
可选地，目标位姿的目标位姿信息可通过矩阵形式呈现。
需说明的是，于本实施例中，由于中间坐标系中仅X轴为确定轴，而Y轴、Z轴均为随机生成，因此，根据随机生成的中间坐标系的不同，目标位姿的目标位姿信息亦可能不同。
可选地，可通过机械臂函数接口获取机械臂的当前位姿的当前位姿信息。于本实施例中，当前位姿的当前位姿信息亦可通过矩阵形式呈现。
步骤S206,根据当前位姿和目标位姿，确定基础位姿。
于本实施例中，由于中间坐标系为随机生成，基于随机生成的中间坐标系所获得的目标位姿可有所不同，而基于不同目标位姿所确定的基础位姿亦可能不同。
综上所述，本实施例根据预设目标特征建立随机的中间坐标系，以实现在欠约束的条件下，快速准确地确定机械臂的最优位姿。
第三实施例
图3示出了本申请第三实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。本实施例主要示出了上述步骤S104的具体实施方案。
于本实施例中，由于机械臂在空间中可以绕已知直线（例如目标位姿的目标轴）进行自转，其中，根据自转角度的不同，所获得各求解结果对应的各目标姿态亦不相同，然而，由于这些不同目标姿态均位于沿机械臂的第六轴的轴线（即机械臂末端端面法兰坐标系的Z轴）绕已知直线旋转所形成的空间锥面上（其中，空间锥面的锥度可根据机械臂末端工具的不同而不同），因此，空间锥面的顶点（即交点）可作为所有目标姿态下都经过的空间点，具有稳定不变的特点，可以很好的表示所有目标姿态，因此，可将空间锥面的顶点（即交点）作为用于获取最优姿态的目标参考点。
如图所示，本实施例主要包括以下步骤：
接续上述步骤S204，继续执行步骤S302，判断基础位姿的基础轴和目标位姿的目标轴两者是否为共面相交，若是，则进行步骤S310，若否，则进行步骤S320。
步骤S310，基于中间坐标系，获得基础轴的第一轴线方程和目标轴的第二轴线方程。
于本实施例中，第一轴线方程和第二轴线方程分别表示为：
Figure 661385DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 184771DEST_PATH_IMAGE022
；
其中，
Figure 349036DEST_PATH_IMAGE023
表示基础轴（即机械臂第六轴的轴线），
Figure 590661DEST_PATH_IMAGE024
表示基础轴的方向向量，
Figure 724839DEST_PATH_IMAGE025
表示基础轴上的任意一点的坐标位置，
Figure 102731DEST_PATH_IMAGE026
表示目标轴，
Figure 703477DEST_PATH_IMAGE027
表示目标轴的方向向量，
Figure 166819DEST_PATH_IMAGE028
表示目标轴上的任意一点的坐标位置；所述
Figure 980054DEST_PATH_IMAGE029
表示所述基础轴或所述目标轴所在直线上的任意一点的位置。
其中，上述第一轴线方程中的
Figure 478032DEST_PATH_IMAGE030
和第二轴线方程中的
Figure 984099DEST_PATH_IMAGE031
均为待求解的中间参数，用于求解方程式（参考步骤S312的详细描述）。
步骤S312，根据第一轴线方程和第二轴线方程，获得交点的位置信息。
具体地，根据上述第一轴线方程，使用
Figure 200317DEST_PATH_IMAGE030
表示
Figure 676298DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 28782DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 705751DEST_PATH_IMAGE034
，可推导获得下列方程式1：
Figure 143685DEST_PATH_IMAGE035
将上述方程式1代入第二轴线方程，可推导获得下列方程式2：
Figure 829881DEST_PATH_IMAGE036
根据上述方程式2可推导获得方程式3：
Figure 505713DEST_PATH_IMAGE037
将方程式3代入第一轴线方程，亦即，将
Figure 619163DEST_PATH_IMAGE030
代入
Figure 544394DEST_PATH_IMAGE038
，可获得交点的位置信息。
步骤S320，根据基础轴、目标轴、基础轴和目标轴的公垂线，获得交点的位置信息。
具体地，当判断基础位姿的基础轴和目标位姿的目标轴为异面相交时，可根据基础轴和目标轴的公垂线，来确定基础位姿和目标位姿之间的交点（具体参考下面的第四实施例）。
第四实施例
图4示出了本申请第四实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。本实施例主要示出了上述步骤S320的具体实施方案。
于本实施例中，由于机械臂末端工具存在误差，以及末端工具与机械臂末端配合紧密性等问题，导致机械臂的第六轴的轴线（基础轴）与目标轴二者往往是异面相交的关系，在此情况下，可根据两条轴线的公垂线在基础轴上的垂足作为交点，以使所获得的最优位姿可更好的描述机械臂的姿态。
如图所示，本实施例的方法主要包括以下步骤：
步骤S402, 根据中间坐标系，确定基础轴上任意两个基础点对应的两个基础点坐标和目标轴上任意两个目标点对应的两个目标点坐标。
于本实施例中，基础轴
Figure 768702DEST_PATH_IMAGE023
上的两个基础点对应的两个基础点坐标可分别表示为：
Figure 95778DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 973604DEST_PATH_IMAGE040
，目标轴
Figure 120551DEST_PATH_IMAGE026
上的两个目标点对应的两个目标点坐标可分别表示为:
Figure 148550DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 330133DEST_PATH_IMAGE042
。
步骤S404, 根据两个基础点坐标定义、两个目标点坐标，获得基础轴的基础垂足坐标、目标轴的目标垂足坐标、公垂线。
于本实施例中，针对基础轴
Figure 254227DEST_PATH_IMAGE023
，定义
Figure 154049DEST_PATH_IMAGE043
，
则基础轴
Figure 720160DEST_PATH_IMAGE023
的基础垂足坐标
Figure 756249DEST_PATH_IMAGE044
可定义为：
Figure 474413DEST_PATH_IMAGE045
；
同理，针对目标轴
Figure 595953DEST_PATH_IMAGE046
，定义
Figure 965754DEST_PATH_IMAGE047
，
目标轴
Figure 121929DEST_PATH_IMAGE026
的目标垂足坐标
Figure 918984DEST_PATH_IMAGE048
可定义为：
Figure 996661DEST_PATH_IMAGE049
。
其中，上述的基础垂足坐标中的
Figure 904574DEST_PATH_IMAGE050
和目标垂足坐标中的
Figure 915256DEST_PATH_IMAGE020
均为待求解的中间参数，用于求解方程式（参考步骤S404至步骤S406的具体描述）。
具体地，可根据上述定义的基础垂足坐标
Figure 883212DEST_PATH_IMAGE051
和目标垂足坐标
Figure 979344DEST_PATH_IMAGE048
，将基础轴和目标轴的公垂线定义为：
Figure 284423DEST_PATH_IMAGE052
。
步骤S406，根据两个基础点坐标、基础垂足坐标、两个目标点坐标、目标垂足坐标、以及公垂线同时垂直于基础轴和目标轴的原理，确定第一换算公式和第二换算公式。
具体地，由于公垂线
Figure 415190DEST_PATH_IMAGE053
同时垂直于
Figure 554047DEST_PATH_IMAGE054
（即基础轴
Figure 871896DEST_PATH_IMAGE023
）和
Figure 387191DEST_PATH_IMAGE055
（即目标轴
Figure 841306DEST_PATH_IMAGE026
），根据空间矢量点积特性，可以获得第一换算公式和第二换算公式，其分别表示为：
Figure 151065DEST_PATH_IMAGE056
；
Figure 956210DEST_PATH_IMAGE057
。
步骤S408, 根据第一换算公式和第二换算公式，获得交点的位置信息。
具体地，根据上述第一换算公式和第二换算公式，可推导获得下列方程式4：
Figure 9617DEST_PATH_IMAGE058
Figure 442872DEST_PATH_IMAGE059
求解上述方程式4，可获得下列方程式5：
Figure 923532DEST_PATH_IMAGE060
；
将方程式5中的
Figure 481552DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 73071DEST_PATH_IMAGE062
分别代入
Figure 32936DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure 153339DEST_PATH_IMAGE049
，即可获得基础垂足坐标与目标垂足坐标，并将基础轴（即机械臂的第六轴的轴线）的基础垂足坐标确定为交点的位置信息。
综上所述，借由本申请的第三实施例和第四实施例，可分别获得基础轴和目标轴二者为共面相交以及异面相交下的交点，所求得的交点能够表示所有目标位姿，具有稳定不变的特点，可确保在欠约束条件下所确定的最优位姿具有较高的准确性。
第五实施例
图5示出了本申请第五实施例的欠约束下的最优位姿确定方法的流程示意图。本实施例示出了上述步骤S106的具体实施方案。如图所示，本实施例主要包括以下步骤：
步骤S502，根据交点、机械臂的基座，确定交点至基座的连线在预设平面内的投影线。
于本实施例中，预设平面（即图6所示的XOY平面）与机械臂的基座的水平面相互平行。
步骤S504，根据目标轴和投影线，构建目标坐标系。
于本实施例中，可根据目标轴和投影线的向量积，获得目标轴和投影线的平面法向量，并利用所获得的平面法向量与目标轴的叉乘关系构建目标坐标系，据以确定机械臂的最优位姿。
于本实施例中，在处于最优位姿时，机械臂的第六轴的轴线位于由目标轴和投影线所构成的平面内。
综上所述，本实施例的欠约束下的最优位姿确定方法，基于所求得的交点以及目标轴构建目标坐标系，据以确定机械臂的最优位姿，由于处于最优位姿下的机械臂的第六轴的轴线位于由目标轴和投影线构成的平面内，因此，本申请可充分利用机械臂臂展，以获得最大化的工作半径，从而有利于机械臂更好地完成高精度的复杂操作。
第六实施例
本申请第六实施例提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行上述第一实施例至第五实施例所述的方法。
于本实施例中，所述存储介质是指计算机可读存储介质。
第七实施例
图7示出了本申请第七实施例的欠约束下的最优位姿确定装置的架构示意图。如图所示，本实施例的最优位姿确定装置700主要包括基础位姿计算模块702、交点计算模块704、最优位姿确定模块706。
基础位姿计算模块702根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿。
可选地，基础位姿计算模块702还包括根据预设目标特征确定目标轴，并根据所述目标轴随机生成中间坐标系；基于随机生成的所述中间坐标系，确定所述目标位姿；以及根据所述当前位姿和所述目标位姿，确定所述基础位姿。
交点计算模块704根据所述基础位姿和所述目标轴，确定交点；以及。
可选地，交点计算模块704还用于根据所述基础位姿和所述目标位姿，获得所述基础位姿的基础轴和所述目标位姿的目标轴为共面相交或异面相交的分析结果。
可选地，交点计算模块704还用于响应所述基础轴和所述目标轴之间为共面相交的所述分析结果，基于所述中间坐标系，获得所述基础轴的第一轴线方程和所述目标轴的第二轴线方程；以及根据所述第一轴线方程和所述第二轴线方程，获得所述交点的位置信息。
可选地，所述基础轴的方向与处于所述基础位姿下的所述机械臂的所述第六轴的垂线方向相互平行。
可选地，交点计算模块704还用于响应所述基础轴和所述目标轴之间为异面相交的所述分析结果，根据所述基础轴、所述目标轴、所述基础轴和所述目标轴的公垂线，获得所述交点的位置信息。
可选地，交点计算模块704还用于根据所述中间坐标系，确定所述基础轴上任意两个基础点对应的两个基础点坐标和所述目标轴上任意两个目标点对应的两个目标点坐标；根据所述两个基础点坐标定义、所述两个目标点坐标，获得所述基础轴的基础垂足坐标、所述目标轴的目标垂足坐标、所述公垂线；根据所述两个基础点坐标、所述基础垂足坐标、所述两个目标点坐标、所述目标垂足坐标、以及所述公垂线同时垂直于所述基础轴和所述目标轴的原理，确定第一换算公式和第二换算公式；以及根据所述第一换算公式和所述第二换算公式，获得所述交点的位置信息。
可选地，根据所述基础位姿和所述目标位姿确定的所述交点与基于所述预设目标特征所随机生成的多个所述目标位姿对应的各所述目标轴的交点相吻合。
最优位姿确定模块706根据所述交点和所述目标位姿，构建目标坐标系，以基于所述目标坐标系确定所述机械臂的最优位姿。
可选地，最优位姿确定模块706还用于根据所述交点、所述机械臂的基座，确定所述交点至所述基座的连线在预设平面内的投影线；以及根据所述目标轴和所述投影线，构建所述目标坐标系。
可选地，所述预设平面与所述机械臂的基座的水平面相互平行。
可选地，当所述机械臂处于所述最优位姿时，所述机械臂的第六轴的轴线处于由所述目标轴和所述投影线构成的平面内。
此外，本发明实施例的最优位姿确定装置700还可用于实现前述各欠约束下的最优位姿确定方法实施例中的其他步骤，并具有相应的方法步骤实施例的有益效果，在此不再赘述。
第八实施例
本发明第八实施例提供了一种机械臂800（请参阅图8），其中，机械臂800可根据上述第七实施例所述的欠约束下的最优位姿确定装置700所确定的所述最优位姿进行调整。
综上所述，本发明实施例提供的欠约束下的最优位姿确定方法、装置、存储介质和机械臂，可根据预设目标特征随机生成目标位姿，并根据机械臂的当前位姿和基础位姿，获得交点，再根据交点和目标位姿构建目标坐标系，进而确定机械臂的最优位姿，因此，本申请可在欠约束条件下，快速准确地实现机械臂最优位姿的自动确定，以有效避免人为操作引起的误差，并可降低对操作人员的操作门槛，可在保证精度的同时大大提高处理效率。
再者，由于在最优位姿下，机械臂的第六轴的轴线处于由目标轴和交点至基座的连线在预设平面内的投影线所构成的平面内，因此，本申请可充分利用机械臂臂展，以获得最大的工作半径，从而有利于支持机械臂更好的完成复杂工作。
需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本发明实施例的目的。
上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质（诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘）中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件（诸如ASIC或FPGA）的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件（例如，RAM、ROM、闪存等），当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的判题方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的欠约束下的最优位姿确定方法的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的欠约束下的最优位姿确定方法的专用计算机。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，包括：
根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿；
根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点；以及
根据所述交点、所述机械臂的基座，确定所述交点至所述基座的连线在预设平面内的投影线；并根据所述目标轴和所述投影线，构建目标坐标系，以基于所述目标坐标系确定所述机械臂的最优位姿。
2.根据权利要求1所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿包括：
根据预设目标特征确定所述目标轴，并根据所述目标轴随机生成中间坐标系；
基于随机生成的所述中间坐标系，确定所述目标位姿；以及
根据所述当前位姿和所述目标位姿，确定所述基础位姿。
3.根据权利要求2所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述基础位姿和所述目标位姿，获得所述基础位姿的基础轴和所述目标位姿的目标轴为共面相交或异面相交的分析结果。
4.根据权利要求3所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点包括：
响应所述基础轴和所述目标轴之间为共面相交的所述分析结果，基于所述中间坐标系，获得所述基础轴的第一轴线方程和所述目标轴的第二轴线方程；以及
根据所述第一轴线方程和所述第二轴线方程，获得所述交点的位置信息；其中，
所述第一轴线方程和所述第二轴线方程分别表示为：
Figure 323615DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 274253DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，所述
Figure 156759DEST_PATH_IMAGE003
表示所述基础轴，所述
Figure 571560DEST_PATH_IMAGE004
表示所述基础轴的方向向量，所述
Figure 514108DEST_PATH_IMAGE005
表示所述基础轴上的任意一点的位置，所述
Figure 952042DEST_PATH_IMAGE006
表示所述目标轴，所述
Figure 372659DEST_PATH_IMAGE007
表示所述目标轴的方向向量，所述
Figure 845229DEST_PATH_IMAGE008
表示所述目标轴上的任意一点的位置；所述
Figure 20995DEST_PATH_IMAGE009
表示所述基础轴或所述目标轴所在直线上的任意一点的位置。
5.根据权利要求4所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述基础轴的方向与处于所述基础位姿下的所述机械臂的第六轴的轴线相互平行。
6.根据权利要求3所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点包括：
响应所述基础轴和所述目标轴之间为异面相交的所述分析结果，根据所述基础轴、所述目标轴、所述基础轴和所述目标轴的公垂线，获得所述交点的位置信息。
7.根据权利要求6所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述根据所述基础轴、所述目标轴、所述基础轴和所述目标轴的公垂线，获得所述交点包括：
根据所述中间坐标系，确定所述基础轴上任意两个基础点对应的两个基础点坐标和所述目标轴上任意两个目标点对应的两个目标点坐标；
根据所述两个基础点坐标、所述两个目标点坐标，定义所述基础轴的基础垂足坐标、所述目标轴的目标垂足坐标、所述公垂线；
根据所述两个基础点坐标、所述基础垂足坐标、所述两个目标点坐标、所述目标垂足坐标、以及所述公垂线同时垂直于所述基础轴和所述目标轴的原理，确定第一换算公式和第二换算公式；以及
根据所述第一换算公式和所述第二换算公式，获得所述交点的位置信息；
所述基础轴和所述目标轴各自的轴线方程分别表示为：
Figure 946226DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 170534DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，所述
Figure 232031DEST_PATH_IMAGE003
表示所述基础轴，所述
Figure 516382DEST_PATH_IMAGE004
表示所述基础轴的方向向量，所述
Figure 991226DEST_PATH_IMAGE005
表示所述基础轴上的任意一点的位置，所述
Figure 19224DEST_PATH_IMAGE010
表示所述目标轴，所述
Figure 200807DEST_PATH_IMAGE007
表示所述目标轴的方向向量，所述
Figure 390480DEST_PATH_IMAGE008
表示所述目标轴上的任意一点的位置；所述
Figure 290303DEST_PATH_IMAGE011
表示所述基础轴或所述目标轴所在直线上的任意一点的位置；
所述两个基础点坐标分别表示为：
Figure 420195DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 721863DEST_PATH_IMAGE013
；
所述两个目标点坐标分别表示为：
Figure 82438DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 469557DEST_PATH_IMAGE015
;
所述基础垂足坐标表示为：
Figure 839358DEST_PATH_IMAGE016
；
所述目标垂足坐标表示为：
Figure 792271DEST_PATH_IMAGE017
；
所述第一换算公式和所述第二换算公式分别表示为：
Figure 589325DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 198161DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，所述
Figure 371654DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 382335DEST_PATH_IMAGE021
分别为待求解的中间参数，其可基于所述第一换算公式和所述第二换算公式推导求得。
8.根据权利要求1所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，所述预设平面与所述机械臂的基座的水平面相互平行。
9.根据权利要求1所述的欠约束下的最优位姿确定方法，其特征在于，
当所述机械臂处于所述最优位姿时，所述机械臂的第六轴的轴线处于由所述目标轴和所述投影线构成的平面内。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.一种欠约束下的最优位姿确定装置，其特征在于，包括：
基础位姿计算模块，其根据机械臂的当前位姿和基于目标轴所随机生成的目标位姿，获得所述机械臂的基础位姿；
交点计算模块，其根据所述基础位姿和所述目标位姿，确定交点；以及
最优位姿确定模块，其根据所述交点、所述机械臂的基座，确定所述交点至所述基座的连线在预设平面内的投影线，并根据所述目标轴和所述投影线，构建目标坐标系，以基于所述目标坐标系确定所述机械臂的最优位姿。
12.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂可根据权利要求11所述的欠约束下的最优位姿确定装置所确定的所述最优位姿进行调整。
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