CN115635484B - 一种控制机器人奇异位姿的方法 - Google Patents

一种控制机器人奇异位姿的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115635484B
CN115635484B CN202211338180.5A CN202211338180A CN115635484B CN 115635484 B CN115635484 B CN 115635484B CN 202211338180 A CN202211338180 A CN 202211338180A CN 115635484 B CN115635484 B CN 115635484B
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
pose
joint
invisible
joints
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.)
Active
Application number
CN202211338180.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115635484A (zh
Inventor
朱明磊
黄聪
宋世杰
漆军
申世军
宫大为
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.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
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 University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202211338180.5A priority Critical patent/CN115635484B/zh
Publication of CN115635484A publication Critical patent/CN115635484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115635484B publication Critical patent/CN115635484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种控制机器人视觉伺服控制器奇异位姿的方法，包括通过使用基于末端腿部空间向量为图像特征的视觉伺服控制控制并联机器人时，观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，得到并联机器人支腿单位向量；采用万向节代替单位向量，得到虚拟关节；将并联机构以虚拟关节代替，得到一个隐形机器人；将图像特征用于隐形机器人代替后，原并联机器人视觉伺服控制器奇异等价于隐形机器人的第一类第二类奇异，通过现有的旋量理论可得到简单清晰的隐形机器人奇异位姿表达，进而获得原并联机器人视觉伺服控制器奇异位姿。

Description

一种控制机器人奇异位姿的方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种控制机器人奇异位姿的方法。
背景技术
并联机器人视觉伺服中以支腿方向的单位向量为图像特征的伺服控制方法已经被证实是有效的。
但是由于图像雅克比矩阵的存在，导致控制过程中存在伺服控制器奇异现象(即为图像雅克比矩阵降秩)，当伺服控制器奇异产生时，控制器失效，图像空间内的极小扰动导致机器人实际末端执行器在任务空间内的极大误差，使得机器人无法收敛到预期目标。
而由于并联机器人自身结构复杂，以支腿方向的单位向量为图像特征时，其图像雅克比矩阵为一个高阶的复杂矩阵，解析表达式十分繁琐，求解矩阵降秩需要解一个繁琐的非线性方程，一般情况下无法得到解析解，只能从数值分析的角度去寻找矩阵降秩的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制机器人奇异位姿的方法，旨在解决雅克比矩阵为一个高阶的复杂矩阵，解析表达式十分繁琐的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种控制机器人奇异位姿的方法，包括以下步骤：
观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，得到单位向量；
采用万向节代替所述单位向量，得到虚拟关节；
使所述虚拟关节代替并联机构，得到隐形机器人；
使用所述隐形机器人代替图像特征，得到隐藏机器人的运动学雅克比矩阵。
其中，所述观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，包括：
确定视觉伺服并联机器人待观测的末端支腿方向；
对所述末端支腿方向进行分析，得到单位向量。
其中，所述使所述虚拟关节代替并联机构，包括：
若末端支腿方向为平面方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的旋转关节，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节；
若末端支腿方向为空间方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的万向节代替，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节。
其中，所述将并联机构以所述虚拟关节代替，得到一个隐形机器人，包括：
以并联机构的结构尺寸为基础，寻找虚拟的关节结构代替，得到一个由虚拟关节组成的隐形机器人并位于视觉伺服控制器中。
其中，所述求解所述隐藏机器人的运动学雅克比矩阵，得到奇异位姿，包括：
采用代数法，旋量理论，线几何理论均的任意一种，直观的得到机器人第一类、第二类奇异位姿；
所述第一类奇异位姿，第二类奇异位姿即为所研究的并联机器人视觉伺服控制下的控制器奇异位姿。
本发明的一种控制机器人奇异位姿的方法，通过观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，得到单位向量；采用万向节代替所述单位向量，得到虚拟关节；使所述虚拟关节代替并联机构，得到隐形机器人；使用所述隐形机器人代替图像特征，得到隐藏机器人的运动学雅克比矩阵；求解所述隐藏机器人的运动学雅克比矩阵，得到奇异位姿，本发明的目的在于提供一种控制机器人奇异位姿的方法，旨在解决雅克比矩阵为一个高阶的复杂矩阵，解析表达式十分繁琐，求解矩阵降秩需要解一个繁琐的非线性方程，一般情况下无法得到解析解的问题。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1是本发明提供的一种控制机器人奇异位姿的方法的流程图。
图2为RRR支腿于RRR支腿结构。
图3是图2对应的隐形机器人均为πRR结构。
图4为RPR支腿和RPR支腿结构。
图5是图4对应的隐形机器人均为RPR支腿结构。
图6为PRR和PRR支腿结构。
图7是图6对应的隐形机器人均为PRR支腿结构。
图8为PRP支腿结构。
图9是图8对应的隐形机器人支腿结构为PRP支腿结构。
图10是整体并联机器人为例的3-RRR平面并联机器人。
图11是图10对应的隐形机器人结构为3-πRR机器人。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
请参阅图1至图11，本发明提供一种控制机器人奇异位姿的方法，包括以下步骤：
S1观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，得到单位向量；
具体的，
确定视觉伺服并联机器人待观测的末端支腿方向；
对所述末端支腿方向进行分析，得到单位向量。
S2采用万向节代替所述单位向量，得到虚拟关节；
具体的，
根据已有的机构学知识可知，空间中一个自由的单位向量可以用两个角度来定义；
在机构学中，一个万向节可以确定两个绕互相垂直的坐标轴的旋转角度，因此任意一个空间自由单位向量的运动可由万向节的运动代替。
S3将并联机构以所述虚拟关节代替，得到一个隐形机器人；
具体的，
S31以并联机构的结构尺寸为基础，寻找虚拟的关节结构代替，得到一个由虚拟关节组成的隐形机器人并位于视觉伺服控制器中；
所述寻找虚拟的关节结构代替具体为：
若末端支腿方为平面方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的旋转关节，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节；
若末端支腿方为空间方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的万向节代替，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节。
S4将图像特征用于所述隐形机器人代替后，得到隐藏机器人的运动学雅克比矩阵；
S5求解所述隐藏机器人的运动学雅克比矩阵，得到奇异位姿。
具体的，
采用代数法，旋量理论，线几何理论均的任意一种，直观的得到机器人第一类、第二类奇异位姿；
所述第一类奇异位姿，第二类奇异位姿即为所研究的并联机器人视觉伺服控制下的控制器奇异位姿。
有益效果:
“隐形机器人”概念的提出将求解一个复杂的非线性方程问题变成一个求解机构运动学奇异位姿的问题，大大降低了求解的难度和时间。
为更好验证本发明的实用性，提供下面以几种典型的并联机器人的支腿结构为例，介绍其对应的隐形机器人结构(待观测图像特征均为u，图中灰色关节为主动关节，白色关节为被动关节，R为旋转关节，P为直线运动关节)。
如图2至图10：
1：RRR支腿于RRR支腿结构，如图2所示；
对应的隐形机器人均为πRR结构，如图3所示；
2：RPR支腿和RPR支腿结构，如图4所示；
上述两种结构所对应的隐形机器人均为RPR支腿结构，如图5所示：
3：PRR和PRR支腿结构，如图6所示；
上述两种结构所对应的隐形机器人均为PRR支腿结构，如图7所；
4：PRP支腿结构，如图8所示；
其对应的隐形机器人支腿结构为PRP支腿结构，如图9所示；
5：以一整体并联机器人为例：3-RRR平面并联机器人，如图10所示；
其对应的隐形机器人结构为3-πRR机器人，如图11所示。
上述实施例仅示例性说明本发明一种控制机器人奇异位姿的方法的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种控制机器人奇异位姿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，得到单位向量；
采用万向节代替所述单位向量，得到虚拟关节；
使所述虚拟关节代替并联机构，得到隐形机器人；
使用所述隐形机器人代替图像特征，得到隐形机器人的运动学雅克比矩阵；
求解所述隐形机器人的运动学雅克比矩阵，得到奇异位姿；
所述观察末端执行器位姿与支腿方向的关系，包括：
确定视觉伺服并联机器人待观测的末端支腿方向；
对所述末端支腿方向进行分析，得到单位向量；
所述使所述虚拟关节代替并联机构，包括：
若末端支腿方向为平面方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的旋转关节代替，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节；
若末端支腿方向为空间方向时，将与所述并联机器人末端执行器相连的最后一个关节，如果最后一个关节为直线运动关节，则继续向下，直到找到最后一个非直线运动关节，用主动运动的万向节代替，支腿中其他关节种类不变，并全部变成被动关节；
所述使所述虚拟关节代替并联机构，得到一个隐形机器人，包括：
以并联机构的结构尺寸为基础，寻找虚拟的关节结构代替，得到一个由虚拟关节组成的隐形机器人并位于视觉伺服控制器中。
2.如权利要求1所述的一种控制机器人奇异位姿的方法，其特征在于，
所述求解所述隐形机器人的运动学雅克比矩阵，得到奇异位姿，包括：
采用代数法，旋量理论，线几何理论均的任意一种，直观的得到机器人第一类、第二类奇异位姿；
所述第一类奇异位姿，第二类奇异位姿即为所研究的并联机器人视觉伺服控制下的控制器奇异位姿。
CN202211338180.5A 2022-10-28 2022-10-28 一种控制机器人奇异位姿的方法 Active CN115635484B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211338180.5A CN115635484B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种控制机器人奇异位姿的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211338180.5A CN115635484B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种控制机器人奇异位姿的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115635484A CN115635484A (zh) 2023-01-24
CN115635484B true CN115635484B (zh) 2024-05-03

Family

ID=84946139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211338180.5A Active CN115635484B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种控制机器人奇异位姿的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115635484B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2735262A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 The University Of Surrey Inverse kinematics
WO2011059015A1 (ja) * 2009-11-12 2011-05-19 株式会社安川電機 ロボットおよびその制御装置
WO2019190792A1 (en) * 2018-03-26 2019-10-03 Covidien Lp Telementoring control assemblies for robotic surgical systems
CN111538949A (zh) * 2020-07-10 2020-08-14 深圳市优必选科技股份有限公司 冗余机器人逆运动学求解方法、装置和冗余机器人
EP3838499A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-23 Cognibotics AB An agile robot arm for positioning a tool with controlled orientation
CN113459069A (zh) * 2021-06-16 2021-10-01 宣化钢铁集团有限责任公司 一种可重构自由度形式的三自由度并联机构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11077547B2 (en) * 2014-05-08 2021-08-03 Universite Laval Parallel mechanism with kinematically redundant actuation
US10414042B2 (en) * 2015-02-26 2019-09-17 Khalifa University of Science and Technology Parallel mechanism based automated fiber placement system
BR112018006826A2 (pt) * 2015-10-05 2018-10-16 Flexdex Inc dispositivos médicos que têm juntas multi-cluster que se articulam suavemente

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2735262A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 The University Of Surrey Inverse kinematics
WO2011059015A1 (ja) * 2009-11-12 2011-05-19 株式会社安川電機 ロボットおよびその制御装置
WO2019190792A1 (en) * 2018-03-26 2019-10-03 Covidien Lp Telementoring control assemblies for robotic surgical systems
EP3838499A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-23 Cognibotics AB An agile robot arm for positioning a tool with controlled orientation
CN111538949A (zh) * 2020-07-10 2020-08-14 深圳市优必选科技股份有限公司 冗余机器人逆运动学求解方法、装置和冗余机器人
CN113459069A (zh) * 2021-06-16 2021-10-01 宣化钢铁集团有限责任公司 一种可重构自由度形式的三自由度并联机构

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Preliminary Design Investigation of a RRPRR Parallel Manipulator with Cardan Joint and Direct Drive Actuation;Luca Pugi;《2021 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics》;20210824;全文 *
一种新型3-PUU并联机构运动学与动力学性能分析;支豫;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20160503;全文 *
三自由度并联机器人机构位置反解和奇异位形研究;路娜;赵新华;;天津理工大学学报;20130415(第02期);全文 *
六自由度并联机构动力学解耦控制策略研究;宋世杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20200715;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115635484A (zh) 2023-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A positional error compensation method for industrial robots combining error similarity and radial basis function neural network
CN106003055B (zh) 一种基于折弯机机械手的运动关节角求解方法
Chen et al. A compensation method based on error similarity and error correlation to enhance the position accuracy of an aviation drilling robot
EP2134515A1 (en) Analysis of parallel manipulators
Wolf et al. Application of line geometry and linear complex approximation to singularity analysis of the 3-DOF CaPaMan parallel manipulator
Xu et al. Analytical and semi-analytical inverse kinematics of SSRMS-type manipulators with single joint locked failure
CN108621130A (zh) 具有2r1t和2t1r两种运动模式的并联机构
CN112847305B (zh) 六轴机器人的位置逆解方法和六轴机器人
JP2010502454A (ja) 機械運動学的特異点に対する接近および補正
CN205272071U (zh) 机器人的设备零位的误差校正装置
CN115635484B (zh) 一种控制机器人奇异位姿的方法
CN102303313B (zh) 一种非对称完全各向同性三自由度空间并联机器人机构
CN112847306A (zh) 六轴机器人的速度逆解方法和六轴机器人
CN112415086A (zh) 一种基于遥操作飞行机械臂的高空金属管道探伤系统
Viegas et al. A novel grid-based reconfigurable spatial parallel mechanism with large workspace
Jin et al. A class of novel 4-DOF and 5-DOF generalized parallel mechanisms with high performance
CN112507474A (zh) 一种针对空间二自由度并联矢量调节机构的精度分析方法
CN109366486B (zh) 柔性机器人逆运动学求解方法、系统、设备、存储介质
CN106695880B (zh) 机器人的设备零位的误差校正装置及其设备零位校正方法
Tian et al. Structural synthesis of a class of two-loop generalized parallel mechanisms
Huang et al. A new method of inverse kinematics solution for industrial 7DOF robot
CN116276990A (zh) 基于神经网络训练的两自由度并联结构运动学正解方法
Chen et al. A general analytical algorithm for collaborative robot (cobot) with 6 degree of freedom (DOF)
Vaezi et al. Singularity analysis of 6DOF Stäubli© TX40 robot
CN115525863A (zh) 一种七自由度遥操作机械臂系统运动学求解方法及系统

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant