CN114083538B - 双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人 - Google Patents

双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人，该方法包括：获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力；将所述双机械臂末端当前的接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力；根据所述双机械臂末端当前的接触力进行夹持内力优化，得到用于夹持被夹物体的期望夹持内力；根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量；根据所述关节控制量对所述双机械臂进行关节运动控制。该方法可以实现双机械臂的稳定夹持以及根据被夹物体负载变化而及时调整夹持内力，以避免对物体造成损害。

Description

双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人
技术领域
本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人。
背景技术
在实际应用场景中，比如双臂搬运箱子、端托盘等任务，常需要机器人双臂协同操作完成任务。可知，在机器人利用双臂夹取操作过程中，若夹取的负载发生变化时，夹持力也需要相应的进行调整，如果采用常规的恒定夹持力或者恒定刚度的导纳控制，被夹持物体负载增加时会导致物体滑落，此时夹持内力不足以提供足够的摩擦力；如果负载变小，恒定的夹持内力也会导致因夹持内力过大而出现损坏物体。因此，实现机器人的双臂稳定夹持且能够根据负载变化而及时调整夹持内力以避免对物体损坏是非常重要的。
发明内容
本申请实施例提供一种双机械臂稳定夹持实现方法、装置和机器人，可以实现双机械臂的稳定夹持，以及能够根据被夹物体负载变化而及时调整夹持内力，以避免对物体造成损害等。
第一方面，本申请实施例提供一种双机械臂稳定夹持实现方法，包括：
获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力；
将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力；
根据所述双机械臂末端当前的所述接触力进行夹持内力优化，得到所述被夹物体所需的期望夹持内力；
根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量；
根据所述关节控制量对所述双机械臂进行关节运动控制。
在一些实施例中，所述夹持内力优化通过预先构建的夹持内力优化函数进行优化求解实现；
所述夹持内力优化函数的预先构建，包括：
以夹持内力为优化变量，构建以夹持内力最小为目标的优化函数；
根据所述被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型，添加所述优化函数的相应约束条件。
在一些实施例中，所述根据被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型，添加所述优化函数的相应约束条件，包括：
当所述被夹物体与各机械臂末端之间为点状式夹持时，为所述优化函数添加夹持内力与所述双机械臂末端的接触力之间满足的映射关系、以及所述双机械臂对所述被夹物体的正压力在摩擦椎内的约束。
在一些实施例中，当所述被夹物体与各机械臂末端之间为面状式夹持时，为所述优化函数添加所述双机械臂末端的接触力使得所述被夹物体的受力面不发生扭转及形变的约束。
在一些实施例中，所述将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力，包括：
根据第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的所述接触力、及所述第一机械臂坐标系到第二臂机械坐标系的坐标变换关系，计算得到所述被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力。
在一些实施例中，所述被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力的计算公式满足：
Figure BDA0003384978540000031
其中，
Figure BDA0003384978540000032
其中，Wr和Wa分别表示所述实际夹持内力和实际合外力；W1和W2分别表示第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的接触力；I表示单位矩阵；A表示转换矩阵，R12表示所述第一机械臂坐标系到所述第二机械臂坐标系的旋转矩阵；
Figure BDA0003384978540000033
表示所述第一机械臂坐标系原点到所述第二机械臂坐标系原点的向量坐标。
在一些实施例中，所述根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量，包括：
根据所述实际夹持内力和所述期望夹持内力利用比例-积分-微分控制器进行夹持内力跟随，得到夹持内力的控制量；
基于所述实际合外力、期望合外力、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到所述被夹物体的速度控制量；
根据所述被夹物体的速度控制量通过机械臂逆运动学计算得到相应的关节角速度控制量，并对所述关节角速度控制量进行积分，得到所需的关节控制量。
在一些实施例中，所述夹持内力的控制量的计算公式满足：
Figure BDA0003384978540000041
Figure BDA0003384978540000042
其中，
Figure BDA0003384978540000043
为所述夹持内力的控制量，Wr，dx为所述期望夹持内力Wr,d在x方向的线性力分量，Wr，x为所述实际夹持内力Wr在x方向的线性力分量，Sx表示x方向上的选择矩阵，
Figure BDA0003384978540000044
为所述双机械臂末端的相对速度，kp、ki和kd分别为所述比例-积分-微分控制器的比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数。
在一些实施例中，所述基于所述实际合外力、期望合外力、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到所述被夹物体的速度控制量，包括：
根据所述实际合外力与期望合外力之间的偏差、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量之间的偏差，基于导纳控制器计算得到所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的偏差；
根据所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的实际值及对应的偏差，分别计算得到所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度的控制量。
第二方面，本申请实施例提供一种双机械臂稳定夹持实现装置，包括：
力获取模块，用于获取双机械臂末端在各自坐标系下当前的接触力；
力分配模块，用于将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力；
力优化模块，用于根据所述双机械臂末端当前的所述接触力进行夹持内力优化，得到所述被夹物体所需的期望夹持内力；
控制量计算模块，用于根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量；
关节控制模块，用于根据所述关节控制量对所述双机械臂进行关节运动控制。
第三方面，本申请实施例还提供一种机器人，包括两个机械臂、处理器和存储器，所述两个机械臂能够用于执行双臂夹持操作，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施上述的双机械臂稳定夹持实现方法。
第四方面，本申请实施例还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上执行时，实施上述的双机械臂稳定夹持实现方法。
本申请的实施例具有如下有益效果：
本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法，通过获得两个双机械臂末端的接触力，并将其分解为互相不干扰的实际夹持内力和实际合外力，同时通过力控制器对被夹物体受到的夹持内力进行力跟随，以得到用于夹持被夹物体的期望夹持内力，进而计算得到稳定夹持被夹物体所需的关节控制量以对关节运动控制。该方法可以实现当被夹物体的负载发生变化或被夹物体受到外力干扰时，双机械臂可以自适应调整夹持内力，实现稳定的双臂夹持操作，以避免对被夹物体造成损害。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法的第一流程图；
图2示出了本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法的双臂夹持示意图；
图3示出了本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法的力控制器的结构示意图；
图4示出了本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法的第二流程图；
图5示出了本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
请参照图1，本实施例提出一种双机械臂稳定夹持实现方法，可应用于各种类型机械臂进行双臂夹持操作，不仅可以实现稳定夹持，还可以在被夹物体的负载发生变化或被夹物体受到外力干扰时，主动地调节夹持力，以避免对被夹物体的夹持力过大或过小而造成损害等。其中，该被夹物体可以是任意场景下的需要被夹持的对象，如仓库里的货物、商场中的商品、家中的各种物件等。
如图1所示，示范性地，该双机械臂稳定夹持实现方法包括：
步骤S110，获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力。
本实施例中，两个机械臂分别以各自末端为基座建立对应的参考坐标系，以方便分析对应机械臂末端与被夹物体之间的作用力。其中，上述的接触力是指对应机械臂在自身坐标系下受到的被夹物体对其的作用力，例如，该作用力可通过对应机械臂末端操作器处安装的六维力/力矩传感器采集，也可以通过机械臂的关节外力矩进行计算得到等，这里不作限定。可以理解，本实施例中的接触力是广义概念，包括三维力和三维力矩等。
示范性地，启动双机械臂进行目标物体夹持时，可通过直接采集或计算获得两个机械臂末端的接触力，这里将第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的接触力记为W1，W2∈R6，其中，每个机械臂末端的接触力包括在x、y和z方向上的三个力分量及绕x、y和z方向旋转的三个力矩分量。
步骤S120，将双机械臂末端当前的该接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力。
其中，上述的夹持内力和合外力分别是由两个机械臂的接触力分解得到的以被夹物体为受力对象的两种力，这两种力互不干扰，可以分别进行分析计算。可以理解，基于力的传递性，当被夹物体对双机械臂的作用力发生变化时，即接触力会变化，相应的分解得到的夹持内力和合外力也将变化。
示范性地，可根据第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的接触力、及第一机械臂坐标系到第二臂机械坐标系的坐标变换的关系，计算得到该被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力。
若采用计算公式表示，即有：
Figure BDA0003384978540000091
其中，
Figure BDA0003384978540000092
其中，Wr和Wa分别为被夹物体受到的实际夹持内力和实际合外力；Q为分解矩阵，I为单位矩阵，A为转换矩阵，作为中间量，不具有特别的含义，其中，R12为第一机械臂坐标系到第二臂机械坐标系的旋转矩阵，而
Figure BDA0003384978540000093
表示第一机械臂坐标系原点到第二臂机械坐标系原点的向量坐标，具体地，/>
Figure BDA0003384978540000094
步骤S130，根据双机械臂末端当前的该接触力进行夹持内力优化，得到被夹物体所需的期望夹持内力。
其中，上述的夹持内力优化操作可通过构建的夹持内力优化函数进行优化求解实现。示范性地，该夹持内力优化函数通过预先构建得到，例如，在一种实施方式中，包括：以夹持内力为优化变量，并构建以夹持内力最小为目标的优化函数。进而，添加该优化函数的相应约束条件，以便在约束范围内求解出最小的夹持内力，并将其作为期望的夹持内力。可以理解，该夹持内力优化函数也可采用与夹持内力有关的其他目标来实现，并不仅于上述的夹持内力最小的示例。
值得注意的是，在添加约束条件时，可根据被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型来设置。例如，若机械臂末端与被夹物体之间视为点状接触时，则夹持类型为点状式夹持；若机械臂末端与被夹物体之间视为面状接触时，则为面状式夹持。示范性地，以点状式夹持为例，在添加上述的优先函数的约束条件时，则至少包括夹持内力与双机械臂末端受到的接触力之间满足的映射关系，以及双机械臂对被夹物体的正压力在摩擦椎内的约束等。
可选地，若为面状式夹持，则除了需要添加上述两类约束外，还需要包括双机械臂末端受到的接触力使得被夹物体的受力面不会发生扭转及形变的约束等。可以理解，除上述这几类约束外，若有其他需求也可以设计出对应的约束条件，以使得优化求解得到的夹持内力能够满足对应的约束，这里不作限定。
例如，以面状式夹持为例，如图2所示，在一种实施方式中，上述的优化函数的表达式及其包括的三类约束如下：
min||Wd，r||；
Figure BDA0003384978540000101
Figure BDA0003384978540000102
Figure BDA0003384978540000103
其中，Wd，r表示期望的夹持内力，W1x、W1y和W1z分别为第一机械臂的接触力W1在x、y和z方向上的力分量，W1mx、W1my和W1mz分别为第一机械臂的接触力W1在绕x、y和z方向旋转的力矩分量；W2x、W2y和W2z分别为第二机械臂的接触力W2在x、y和z方向上的力分量，W2mx、W2my和W2mz分别为第二机械臂的接触力W2在绕x、y和z方向旋转的力矩分量；μ1和μ2分别为第一机械臂和第二机械臂接触的被夹物体表面的摩擦系数；λi、δyi和δxi分别为第i个机械臂在绕x、y和z方向旋转的距离，i＝1或2。
可以理解，通过对上述满足相应约束条件的夹持内力优化函数进行最优求解，即可以计算出用于夹持物体所需的最小的期望夹持内力Wd,r。
步骤S140，根据该实际夹持内力、该期望夹持内力和该实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持被夹物体所需的关节控制量。
其中，该力控制器主要用于对被夹物体进行力跟随反馈控制。在一种实施方式中，如图3所示，该力控制器可由比例-积分-微分(PID)控制器和导纳控制器级联组成，其中，PID控制器用于对夹持内力进行直接力反馈跟随，以得到夹持内力的控制量；进而，导纳控制器用于将该夹持内力的控制量转换为对应的速度控制量。可以理解，该力控制器也可以根据情况采用如PI控制器、PD控制器等其他的控制器加上导纳控制器来实现，具体可根据实际需求来选取。由于通过力控制器得到的速度控制量为任务空间的控制量，因此，还需要将其转换为机器人关节所需的关节控制量，以便驱动机器人各个关节进行相应运动。
以上述PID控制器和导纳控制器组成的力控制器为例，如图4所示，上述步骤S140包括：
子步骤S210，根据该实际夹持内力和期望夹持内力利用PID控制器进行夹持内力跟随，得到夹持内力的控制量。
在一种实施方式中，用于计算夹持内力的控制量的该PID控制器的表达式如下：
Figure BDA0003384978540000111
Figure BDA0003384978540000121
其中，
Figure BDA0003384978540000122
表示输出的夹持内力的控制量，Wr,dx为夹持内力的期望值Wr,d在x方向的线性力分量，Wr,x为实际夹持内力Wr在x方向的线性力分量，Sx表示用于选择x方向上的分量的选择矩阵，/>
Figure BDA0003384978540000123
为两个机械臂末端的相对速度，kp、ki和kd分别为该PID控制器的比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数。本实施例中，输入至该PID控制器中的夹持内力的期望值Wr,d即采用前述优化得到的期望夹持内力Wd,r。
子步骤S220，基于该实际合外力、期望合外力、该实际夹持内力和该夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到被夹物体的速度控制量。
示范性地，可先计算出该实际合外力Wa与期望合外力Wa,d之间的偏差ΔWa、以及该实际夹持内力Wr和夹持内力的控制量
Figure BDA0003384978540000124
之间的偏差ΔWr，然后将这两个偏差ΔWr和ΔWa代入导纳控制器中，即可以计算得到被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的偏差。
例如，该导纳控制器的计算过程如下：
Figure BDA0003384978540000125
其中，ΔWa＝Wa-Wa,d；
Figure BDA0003384978540000126
其中，Ka和Kr为刚度矩阵的分解量；Ba和Br为阻尼矩阵的分解量；Δxa为被夹物体在夹持内力所在空间的实际位置与期望位置之间的偏差；Δxr为被夹物体在合外力所在空间的实际位置与期望位置之间的偏差；ΔVa为被夹物体的绝对运动速度的偏差；ΔVr表示被夹物体的相对运动速度的偏差。
进而，根据被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的实际值及对应的偏差，计算得到被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度的控制量。
示范性地，对于被夹物体的绝对运动速度的控制量，满足：
ΔVa＝Va-Va,d；
其中，Va和Va,d分别表示被夹物体的绝对运动速度的控制量和期望值。
同理，对于被夹物体的相对运动速度的控制量，满足：
ΔVr＝Vr-Vr,d；
其中，Vr和Vr,d分别表示被夹物体的相对运动速度的控制量和期望值。
子步骤S230，根据被夹物体的速度控制量通过机械臂逆运动学计算得到相应的关节角速度控制量，并对该关节角速度控制量进行积分，得到所需的关节控制量。
基于被夹物体的速度控制与两机械臂末端速度之间的关系、以及机械臂末端与各个关节的角速度之间存在映射关系，可通过机械臂逆运动学可以计算出上述被夹物体的速度控制量对应的关节角速度控制量。
示范性地，被夹物体的速度与双机械臂各个关节角速度之间的关系有：
Figure BDA0003384978540000131
其中，J1和J2分别表示第一机械臂和第二机械臂的速度雅克比矩阵，
Figure BDA0003384978540000132
和/>
Figure BDA0003384978540000133
分别表示第一机械臂和第二机械臂各个关节的角速度，V1和V2分别表示第一机械臂和第二机械臂末端的速度，Q表示两个机械臂末端的速度与被夹物体的速度之间的转换矩阵。
于是，通过上述公式可以计算出相应的关节角速度的控制量
Figure BDA0003384978540000134
和/>
Figure BDA0003384978540000135
然后对其进行积分，即可得到最终的两个机械臂用于稳定夹持该被夹物体所需的关节位置控制量qcmd。
应当明白的是，本实施例的方法可以应用在任意类型的机械臂上，如力控型机械臂或位控型机械臂等。当不为位控型机械臂时，相应的，上述步骤S230中的关节控制量可为其他对应的控制量而非关节位置的控制量。
步骤S150，根据该关节控制量对双机械臂进行关节运动控制。
示范性地，将前述计算得到的机械臂所需的关节控制量发送到对应的机械臂，如上述的关节位置控制量qcmd，以驱动机械臂的各个关节电机运动，从而实现对被夹物体的稳定夹持。
可以理解，在被夹物体的负载发生变化或被夹物体受到外力干扰时，被夹物体对双机械臂的作用力会发生变化，即获得的接触力会变化，相应分解得到的夹持内力和合外力也将变化，而本实施例通过力控制器来实现对夹持内力的跟随，使得被夹物体所受到的夹持内力可以根据被夹物体所受的合外力自适应地优化调节，以保证稳定夹持且不会对物体造成损害。
本申请实施例的双机械臂稳定夹持实现方法通过将获得的两个机械臂的接触力分解为互相不干扰的被夹物体受到的夹持内力和合外力，同时通过力控制器对用于夹持物体的夹持内力进行力跟随，可以实现夹持内力自适应调节的双臂稳定夹持操作，在被夹物体的负载发生变化或被夹物体受到外力干扰时，双机械臂可以主动地调节夹持力，放松或夹紧来应对负载的不确定变化，从而保证夹持操作的稳定性等。
实施例2
请参照图5，基于上述实施例1的方法，本实施例提出一种双机械臂稳定夹持实现装置100。示范性地，该双机械臂稳定夹持实现装置100包括：
力获取模块110，用于获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力。
力分配模块120，用于将双机械臂末端当前的接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力。
力优化模块130，用于根据双机械臂末端当前的接触力进行夹持内力优化，得到被夹物体所需的期望夹持内力。
控制量计算模块140，用于根据实际夹持内力、期望夹持内力和实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持被夹物体所需的关节控制量。
关节控制模块150，用于根据关节控制量对双机械臂进行关节运动控制。
其中，力分配模块120和力优化模块130可分别通过对应的力分配器和力优化器来实现相应的功能，这里不作限定。其中，上述的控制量计算模块140主要通过力控制器实现，在一种实施方式中，该力控制器可包括比例-积分-微分控制器和导纳控制器等。
可以理解，本实施例的装置对应于上述实施例1的方法，上述实施例1中的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。
本申请还提供了一种机器人，例如，可以是具有双臂的仿人机器人、具有三条及以上机械臂的多臂机器人等，这里不作限定。示范性地，该机器人包括至少两个机械臂、处理器和存储器，其中，两个机械臂能够用于执行双臂夹持操作，存储器存储有计算机程序，处理器通过运行所述计算机程序，从而使终端设备执行上述的双机械臂稳定夹持实现方法或者上述双机械臂稳定夹持实现装置中的各个模块的功能。
本申请还提供了一种可读存储介质，用于储存上述机器人中使用的所述计算机程序。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块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，本申请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(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请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。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，包括：
获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力；
将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力；
根据所述双机械臂末端当前的所述接触力通过构建的夹持内力优化函数进行夹持内力优化，得到所述被夹物体所需的期望夹持内力；
根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量；
根据所述关节控制量对所述双机械臂进行关节运动控制；
其中，所述夹持内力优化函数的预先构建，包括：以夹持内力为优化变量，构建以夹持内力最小为目标的优化函数；根据所述被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型，添加所述优化函数的相应约束条件；
所述根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量，包括：
根据所述实际夹持内力和所述期望夹持内力利用比例-积分-微分控制器进行夹持内力跟随，得到夹持内力的控制量；基于所述实际合外力、期望合外力、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到所述被夹物体的速度控制量；根据所述被夹物体的速度控制量通过机械臂逆运动学计算得到相应的关节角速度控制量，并对所述关节角速度控制量进行积分，得到所需的关节控制量。
2.根据权利要求1所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，所述根据所述被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型，添加所述优化函数的相应约束条件，包括，
当所述被夹物体与各机械臂末端之间为点状式夹持时，为所述优化函数添加夹持内力与所述双机械臂末端的接触力之间满足的映射关系、以及所述双机械臂对所述被夹物体的正压力在摩擦椎内的约束。
3.根据权利要求2所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，当所述被夹物体与各机械臂末端之间为面状式夹持时，为所述优化函数添加所述双机械臂末端的接触力使得所述被夹物体的受力面不发生扭转及形变的约束。
4.根据权利要求1所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，所述将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力，包括：
根据第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的所述接触力、及第一机械臂坐标系到第二臂机械坐标系的坐标变换关系，计算得到所述被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力。
5.根据权利要求4所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，所述被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力的计算公式满足：
Figure FDA0004238254330000021
其中，
Figure FDA0004238254330000022
其中，Wr和Wa分别表示所述实际夹持内力和实际合外力；W1和W2分别表示第一机械臂和第二机械臂在各自坐标系下的接触力；I表示单位矩阵；A表示转换矩阵，R12表示所述第一机械臂坐标系到所述第二机械臂坐标系的旋转矩阵；
Figure FDA0004238254330000031
表示所述第一机械臂坐标系原点到所述第二机械臂坐标系原点的向量坐标。
6.根据权利要求1所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，所述夹持内力的控制量的计算公式满足：
Figure FDA0004238254330000032
Figure FDA0004238254330000033
其中，
Figure FDA0004238254330000034
为所述夹持内力的控制量，Wr,dx为所述期望夹持内力Wr,d在x方向的线性力分量，Wr,x为所述实际夹持内力Wr在x方向的线性力分量，Sx表示x方向上的选择矩阵，/>
Figure FDA0004238254330000035
为所述双机械臂末端的相对速度，kp、ki和kd分别为所述比例-积分-微分控制器的比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数。
7.根据权利要求1所述的双机械臂稳定夹持实现方法，其特征在于，所述基于所述实际合外力、期望合外力、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到所述被夹物体的速度控制量，包括：
根据所述实际合外力与期望合外力之间的偏差、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量之间的偏差，基于导纳控制器计算得到所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的偏差；
根据所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度各自的实际值及对应的偏差，分别计算得到所述被夹物体的绝对运动速度和相对运动速度的控制量。
8.一种双机械臂稳定夹持实现装置，其特征在于，包括：
力获取模块，用于获取双机械臂末端当前在各自坐标系下的接触力；
力分配模块，用于将所述双机械臂末端当前的所述接触力分解为被夹物体当前受到的实际夹持内力和实际合外力；
力优化模块，用于根据所述双机械臂末端当前的所述接触力通过构建的夹持内力优化函数进行夹持内力优化，得到所述被夹物体所需的期望夹持内力；
控制量计算模块，用于根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量；
关节控制模块，用于根据所述关节控制量对所述双机械臂进行关节运动控制；
其中，所述夹持内力优化函数的预先构建，包括：以夹持内力为优化变量，构建以夹持内力最小为目标的优化函数；根据所述被夹物体与双机械臂末端之间的夹持类型，添加所述优化函数的相应约束条件；
所述根据所述实际夹持内力、所述期望夹持内力和所述实际合外力，利用力控制器计算得到稳定夹持所述被夹物体所需的关节控制量，包括：
所述控制量计算模块根据所述实际夹持内力和所述期望夹持内力利用比例-积分-微分控制器进行夹持内力跟随，得到夹持内力的控制量；基于所述实际合外力、期望合外力、所述实际夹持内力和所述夹持内力的控制量，通过导纳控制器计算得到所述被夹物体的速度控制量；根据所述被夹物体的速度控制量通过机械臂逆运动学计算得到相应的关节角速度控制量，并对所述关节角速度控制量进行积分，得到所需的关节控制量。
9.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括机械臂、处理器和存储器，所述机械臂能够用于执行双臂夹持操作，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施权利要求1-7中任一项所述的双机械臂稳定夹持实现方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上执行时，实施根据权利要求1-7中任一项所述的双机械臂稳定夹持实现方法。
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