CN116000911A - 一种机械臂控制方法、装置以及机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机械臂控制方法、装置以及机械臂，控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，其中，拖拽准备阶段包括确定目标臂体以及目标臂体的位置特征值，并确定位置特征值与各关节位置的关系表达式，并确定目标关节作为拖拽阶段的控制对象；拖拽阶段包括确定位置特征值的目标值以及当前时刻除目标关节外的其他各关节的位置；将获取到的各参数代入第一计算表达式求解，得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。本发明实现了具有冗余自由度的机械臂在被手动拖拽时各关节能够在预期运动范围内进行运动的技术效果，降低了机械臂的操作难度，减少了手动拖拽机械臂时产生碰撞的风险。

Description

一种机械臂控制方法、装置以及机械臂

技术领域

本发明实施例涉及机械臂控制技术领域，尤其涉及一种机械臂控制方法、装置以及机械臂。

背景技术

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。医生通过操作台向机械臂发送控制命令，机械臂末端安装有医疗器械，医生对患者实施手术操作之前，需要拖动机械臂以使其末端能够运动至医生规划的患者手术入口部位的期望位姿。相比于其他方式，如使用示教器摇杆控制等，机械臂的手动拖拽模式快速而直观。

手动拖拽通常用于使机器人快速到达特定的姿态，如安装无菌袖套或者套管，该拖曳方式不仅限于医疗领域，其他工业机器人也需要有这个功能；并且对于机械臂来说，当机械臂具有冗余自由度时，能够更好避免碰撞，增加工作空间。

但是，手动拖拽有冗余自由度的机械臂时，机械臂各关节的运动存在不确定性，难以预期，增加机器人的操作难度。

发明内容

本发明实施例提供一种机械臂控制方法、装置以及机械臂，解决了具有冗余自由度机械臂在进行手动拖拽时机械臂的各关节存在运动不确定性的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种机械臂控制方法，应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，所述机械臂在三维空间运动时，所述机械臂关节数量大于或等于4，所述机械臂在平面内运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于3，所述机械臂控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，其中：

所述拖拽准备阶段包括：

选取所述机械臂的一个臂体为目标臂体，并将所述目标臂体的位置确定为位置特征值；

基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值与所述机械臂各关节位置的关系，得到所述位置特征值的第一计算表达式；

选取所述机械臂的一个关节作为目标关节，所述目标关节为在所述拖拽阶段的控制对象；

在所述拖拽准备阶段完成后，进入所述拖拽阶段，所述拖拽阶段包括：

确定所述位置特征值的目标值；

获取当前时刻除所述目标关节外的其他各关节的位置；

将所述位置特征值的目标值以及除所述目标关节外的其他各关节的位置代入所述第一计算表达式求解，得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机械臂控制装置，应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，所述机械臂在三维空间运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于4，所述机械臂在平面内运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于3，所述机械臂控制装置包括：

特征值确定单元，用于选取所述机械臂的一个臂体为目标臂体，并将所述目标臂体的位置确定为位置特征值；

表达式建立单元，用于基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值与所述机械臂各关节位置的关系，得到所述位置特征值的第一计算表达式；

目标关节确定单元，用于选取所述机械臂的一个关节作为目标关节，所述目标关节为在拖拽阶段的控制对象；

目标值确定单元，用于确定所述位置特征值的目标值；

位置获取单元，用于获取当前时刻除所述目标关节外的其他各关节的位置；

位置计算单元，用于将所述位置特征值的目标值以及除所述目标关节外的其他各关节的位置代入所述第一计算表达式求解，得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。。

第三方面，本发明实施例还提供了一种手动拖拽控制系统，所述手动拖拽控制系统包括上述任一实施例所述的机械臂控制装置。

第四方面，本发明实施例还提供了一种机械臂，所述机械臂包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一实施例所述的机械臂控制方法。

第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的机械臂控制方法。

本发明实施例公开了一种机械臂控制方法、装置以及机械臂，控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，其中：拖拽准备阶段包括：选取机械臂的一个臂体为目标臂体，并将目标臂体的位置确定为位置特征值；基于机械臂正向运动学确定位置特征值与机械臂各关节位置的关系，得到位置特征值的第一计算表达式；选取机械臂的一个关节作为目标关节，目标关节为在拖拽阶段的控制对象；在拖拽准备阶段完成后，进入拖拽阶段，拖拽阶段包括：确定位置特征值的目标值；获取当前时刻除目标关节外的其他各关节的位置；将位置特征值的目标值以及除目标关节外的其他各关节的位置代入第一计算表达式求解，得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。本发明实施例解决了具有冗余自由度机械臂在进行手动拖拽时机械臂的各关节存在运动不确定性的技术问题，实现了具有冗余自由度的机械臂在被手动拖拽时各关节能够在预期运动范围内进行运动的技术效果，降低了机械臂的操作难度，减少了手动拖拽机械臂时产生碰撞的风险。

附图说明

图1是本发明实施例提供的手动拖拽机械臂时具有运动不确定性的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种机械臂控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种机械臂的结构图；

图4是本发明实施例提供的利用机械臂控制方法拖拽机械臂的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种机械臂控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图；

图9是本发明实施例提供的一种机械臂控制装置的结构图；

图10是本发明实施例提供的一种机械臂的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

对于一个末端有M个自由度的机械臂来说，如果机械臂在平面内运动，其末端可能有2个或3个自由度，如果机械臂在三维空间运动，其末端可能有3个至6个自由度。如果一个机械臂的关节数量多于末端的自由度，则认为该机械臂有冗余自由度，冗余自由度在增加了机械臂的工作空间的同时，也会导致在给定一个确定的机械臂末端位置时，机械臂的各个关节所能达到的位置并不是固定的，而是存在多种可能性。

因此对于具有冗余自由度的机械臂来说，当手动拖拽有冗余自由度的机械臂的末端时，机械臂各关节的运动对于操作者存在不确定性，图1是本发明实施例提供的手动拖拽机械臂时具有运动不确定性的示意图，参见图1，当手动拖拽机械臂末端到一个新的位置后，机械臂的关节位置存在多种可能性，如图1中虚线所示，因此操作者无法预测在手动拖拽机械臂末端时各关节所对应的运动，这会增加机械臂操作的难度，以及增加手动拖拽时产生碰撞的风险。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种机械臂控制方法，图2是本发明实施例提供的一种机械臂控制方法的流程图。该机械臂控制方法应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，机械臂在三维空间运动时，机械臂的关节数量大于或等于4，机械臂在平面内运动时，机械臂的关节数量大于或等于3，机械臂控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，如图2所示，该机械臂控制方法具体包括如下步骤：

在拖拽准备阶段包括：

S101，选取机械臂的一个臂体为目标臂体，并将目标臂体的位置确定为位置特征值ζ。

具体地，选取机械臂的一个臂体作为目标臂体，然后将所选取的目标臂体的位置确定为位置特征值ζ，其中，该目标臂体的位置可以为在预设(x，y，z)坐标系下的位置坐标，也可以是相对于某一预设参照物的角度值，即从该目标臂体的位置信息中选择其中一个作为位置特征值ζ。

图3是本发明实施例提供的一种机械臂的结构图，参加图3，图3中的机械臂包括有A、B、C、D四个关节，其中，A、B、C、D四个关节的位置分别为q₁、q₂、q₃、q₄；机械臂的A关节固定于地面，机械臂包括有L1、L2、L3和L4四个臂体，机械臂的末端P为用户的拖拽点，当给末端P施加一个拖拽力F时，能够控制机械臂运动，图3中所示的机械臂为在三维空间中的机械臂，其关节数量为4，显然，图3中所示的机械臂为具有冗余自由度的机械臂。示例性地，本发明实施例可以将臂体L3作为目标臂体，选择位置特征值ζ为目标臂体L3与水平面的夹角。

S102，基于机械臂正向运动学确定位置特征值ζ与机械臂各关节位置q_n的关系，得到位置特征值ζ的第一计算表达式。

具体地，机械臂正向运动学是一种通过机械臂的关节角计算得到机械臂上任一点的空间位置的计算方法。

可选地，基于机械臂正向运动学确定位置特征值ζ与机械臂各关节位置q_n的关系，得到位置特征值的第一计算表达式包括：

基于机械臂正向运动学确定位置特征值的第一计算表达式为ζ＝ζ(q₁，q₂，……q_n)，其中，ζ为位置特征值，q为机械臂的关节位置，q_n表示机械臂第n个关节的位置，n∈[1，N]，N为机械臂的关节数量。

S103，选取机械臂的一个关节作为目标关节i，目标关节i为在拖拽阶段的控制对象。

具体地，在得到位置特征值ζ的第一计算表达式ζ＝ζ(q₁，q₂，……q_n)之后，选取机械臂的其中一个关节i为目标关节，其中，i≤n，则目标关节i的关节位置为q_i，并将确定出的目标关节i作为在拖拽阶段的控制对象。至此，拖拽准备阶段完成。

需要说明的是，上述拖拽准备阶段的工作过程可以在机械臂出厂前根据需要预先设置完成；也可以在用户使用的过程中根据用户需要在设置一次后保存下来，则后续使用中不需要在每次拖拽前均进行一次拖拽准备阶段的工作；还可以根据实际需要在每次拖拽阶段开始前进行一次拖拽准备阶段的设置工作，在此不再赘述。

在拖拽准备阶段完成后，进入拖拽阶段，拖拽阶段包括：

S104，确定位置特征值ζ的目标值。

具体地，在对机械臂的末端进行拖拽的过程中，需要对目标臂体的位置特征值ζ选取一个目标值，即确定在对机械臂的末端进行拖拽时，目标臂体在移动时应保持的位置。示例性地，若选择目标臂体的初始值ζ₀为位置特征值ζ的目标值，即表明在对机械臂的末端进行拖拽时，目标臂体的位置保持初始位置不动。

S105，获取当前时刻除目标关节i外的其他各关节的位置。

示例性地，参见图3，以选取关节C为目标关节为例，由于关节C为机械臂的第三个关节，即n＝3，则其关节位置为q₃，在拖拽过程中，获取关节A、B、D的关节位置q₁，q₂，q₄。需要说明的是，这里的关节位置可以为空间坐标位置，也可以为角度，由于图3中所示机械臂的结构所限，本申请中所指的关节位置均为角度。

S106，将位置特征值ζ的目标值以及除目标关节i外的其他各关节的位置代入第一计算表达式求解，得到目标关节i在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。

具体地，在确定出位置特征值ζ的目标值之后，将位置特征值ζ的目标值以及除目标关节i外的其他各关节的位置代入第一计算表达式ζ＝ζ(q₁，q₂，……q_n)，此时，对于第一计算表达式来说，其中的未知量只有目标关节i的位置q_i，因此只需要对第一计算表达式进行求解即可得到目标关节i的下一位置。此后在机械臂的拖拽阶段中的每一时刻，都可以利用上述方法对目标关节i的下一位置q_i进行计算，然后基于计算结果控制目标关节i移动，图4是本发明实施例提供的利用机械臂控制方法拖拽机械臂的示意图，由图4和图1对比可知，使用本发明实施例所提供的机械臂控制方法对机械臂进行拖拽时，可以消除机械臂移动的不确定性，使得机械臂的各关节可以在可控的范围内移动。

本发明实施例解决了具有冗余自由度机械臂在进行手动拖拽时机械臂的各关节存在运动不确定性的技术问题，实现了具有冗余自由度的机械臂在被手动拖拽时各关节能够在预期运动范围内进行运动的技术效果，降低了机械臂的操作难度，减少了手动拖拽机械臂时产生碰撞的风险。

在上述各技术方案的基础上，图5是本发明实施例提供的另一种机械臂控制方法的流程图，如图5所示，上述S101步骤具体包括：

S301，选取机械臂的一个臂体为目标臂体。

示例性地，参见图3，机械臂的目标臂体可以选择臂体L1、L2、L3和L4中的任意一个，但由于关节A的一端固定于地面，则臂体L1的自由度小于其他三个臂体的自由度，为了机械臂移动控制的更加精准，优选除了臂体L1外的其他三个臂体作为目标臂体，本发明实施例可以将臂体L4作为目标臂体。

S302，将以下之一的目标臂体的位置信息确定为位置特征值ζ：目标臂体相对于地面的位置、目标臂体相对于地面的角度、目标臂体相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的位置、目标臂体相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的角度。

示例性地，参见图3，对于目标臂体L4来说，其位置特征值ζ可以有下述四个选择：相对于地面的位置、相对于地面的角度、相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的位置以及相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的角度。例如，预先建立一个(x，y，z)坐标系，如图4所示，则可以基于该预设坐标系选择目标臂体L4相对于地面的角度作为目标臂体L4位置特征值ζ。

在上述各技术方案的基础上，图6是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图，如图6所示，上述S104步骤确定位置特征值ζ的目标值具体包括：

S401，将目标臂体在拖拽开始时的初始位置确定为位置特征值的目标值。

示例性地，若选择目标臂体在拖拽开始时的初始值ζ₀为位置特征值ζ的目标值，即表明在对机械臂的末端进行拖拽时，目标臂体保持初始位置不动，其中，目标臂体的初始值可以基于机械臂正向运动学以及各个关节的初始位置值计算得到。

在上述各技术方案的基础上，图7是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图，如图7所示，在上述S106步骤得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，机械臂控制方法还包括：

S501，基于计算得到的目标关节i在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置控制目标关节i移动。

具体地，如果目标关节i为直线运动关节，则第一计算表达式为一阶线性方程，可以直接求解得到目标关节i在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置，则可以基于计算得到的目标关节i的下一位置控制目标关节i移动。

需要说明的是，在基于目标关节i的下一位置控制目标关节i移动的同时，还需要控制除目标关节i外的其他各关节动作，此时，需要根据机械臂的当前位置和转动速度计算其他各关节的重力矩、摩擦力矩以及阻尼力矩，并在计算得到各关节的各力矩之后，通过关节控制器控制各关节基于计算得到的各力矩动作，其中，摩擦力矩和阻尼力矩可以同时计算出来作为关节移动的控制依据，也可以只计算摩擦力矩和阻尼力矩的其中之一作为关节移动的控制依据，在此不再赘述。

在上述各技术方案的基础上，图8是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图，如图8所示，在上述S106步骤得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，机械臂控制方法还包括：

S601，若基于第一计算表达式求解得到的目标关节i在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置的数量为大于或等于两个，则选择多个下一位置中与目标关节i的当前位置最近的下一位置控制目标关节i移动。

具体地，若目标关节i为转动关节，则第一计算表达式为一个二阶线性方程，此时求解出的目标关节i的下一位置的数量可能是两个，也可能是大于两个，即二阶线性方程的解的数量为大于或等于2，则选取多个下一位置中，与目标关节i的当前位置最近的下一位置移动目标关节i。例如，以求解出的下一位置的数量为2为例，计算得到的下一位置可以为相对地面来说10°或170°，则选取10°作为目标关节i的下一位置控制目标关节i的移动。

图9是本发明实施例提供的一种机械臂控制装置的结构图，该机械臂控制装置应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，机械臂在三维空间运动时，机械臂的关节数量大于或等于4，机械臂在平面内运动时，机械臂的关节数量大于或等于3，如图9所示，该机械臂控制装置包括：

特征值确定单元71，用于选取机械臂的一个臂体为目标臂体，并将目标臂体的位置确定为位置特征值；

表达式建立单元72，用于基于机械臂正向运动学确定位置特征值与机械臂各关节位置的关系，得到位置特征值的第一计算表达式；

目标关节确定单元73，用于选取机械臂的一个关节作为目标关节，目标关节为在拖拽阶段的控制对象；

目标值确定单元74，用于确定位置特征值的目标值；

位置获取单元75，用于获取当前时刻除目标关节外的其他各关节的位置；

位置计算单元76，用于将位置特征值的目标值以及除目标关节外的其他各关节的位置代入第一计算表达式求解，得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。

可选地，特征值确定单元71具体用于：选取机械臂的一个臂体为目标臂体；将以下之一的目标臂体的位置信息确定为位置特征值：目标臂体相对于地面的位置、目标臂体相对于地面的角度、目标臂体相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的位置、目标臂体相对于机械臂除目标臂体外的其他任一臂体的角度。

可选地，表达式建立单元72具体用于：基于机械臂正向运动学确定位置特征值的第一计算表达式为ζ＝ζ(q₁，q₂，……q_n)，其中，ζ为位置特征值，q为机械臂的关节位置，q_n表示机械臂第n个关节的位置，n∈[1，N]，N为机械臂的关节数量。

可选地，目标值确定单元74具体用于：将目标臂体的初始位置确定为位置特征值的目标值。

可选地，在位置计算单元76得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，机械臂控制装置还包括：

控制移动单元，用于基于计算得到的目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置控制目标关节移动。

可选地，在位置计算单元76得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，若位置计算单元76基于第一计算表达式求解得到的目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置的数量为大于或等于两个，则控制移动单元选择多个下一位置中与目标关节的当前位置最近的下一位置控制目标关节移动。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供的机械臂控制方法，与上述实施例提供的机械臂控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例还提供了一种手动拖拽控制系统，手动拖拽控制系统包括上述任一实施例所述的机械臂控制装置。

本发明实施例提供的手动拖拽控制系统包括上述实施例中的机械臂控制装置，因此本发明实施例提供的手动拖拽控制系统也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

图10是本发明实施例提供的一种机械臂的结构示意图，如图10所示，该机械臂包括处理器81、存储器82、输入装置83和输出装置84；机械臂中处理器81的数量可以是一个或多个，图10中以一个处理器81为例；机械臂中的处理器81、存储器82、输入装置83和输出装置84可以通过总线或其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。

存储器82作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的机械臂控制方法对应的程序指令/模块(例如，机械臂控制装置中的特征值确定单元71、表达式建立单元72、位置获取单元73以及位置计算单元74)。处理器81通过运行存储在存储器82中的软件程序、指令以及模块，从而执行机械臂的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的机械臂控制方法。

存储器82可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器82可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器82可进一步包括相对于处理器81远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至机械臂。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置83可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与机械臂的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置84可包括显示屏等显示设备。

本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种机械臂控制方法。

具体地，该机械臂控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，其中：

拖拽准备阶段包括：

选取机械臂的一个臂体为目标臂体，并将目标臂体的位置确定为位置特征值；

基于机械臂正向运动学确定位置特征值与机械臂各关节位置的关系，得到位置特征值的第一计算表达式；

选取机械臂的一个关节作为目标关节，目标关节为在拖拽阶段的控制对象；

在拖拽准备阶段完成后，进入拖拽阶段，拖拽阶段包括：

确定位置特征值的目标值；

获取当前时刻除目标关节外的其他各关节的位置；

将位置特征值的目标值以及除目标关节外的其他各关节的位置代入第一计算表达式求解，得到目标关节在机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的机械臂控制方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，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的方法。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

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。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种机械臂控制方法，其特征在于，应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，所述机械臂在三维空间运动时，所述机械臂关节数量大于或等于4，所述机械臂在平面内运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于3，所述机械臂控制方法包括拖拽准备阶段以及拖拽阶段，其中：

所述拖拽准备阶段包括：

选取所述机械臂的一个臂体为目标臂体，并将所述目标臂体的位置确定为位置特征值；

基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值与所述机械臂各关节位置的关系，得到所述位置特征值的第一计算表达式；

选取所述机械臂的一个关节作为目标关节，所述目标关节为在所述拖拽阶段的控制对象；

在所述拖拽准备阶段完成后，进入所述拖拽阶段，所述拖拽阶段包括：

确定所述位置特征值的目标值；

获取当前时刻除所述目标关节外的其他各关节的位置；

将所述位置特征值的目标值以及除所述目标关节外的其他各关节的位置代入所述第一计算表达式求解，得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。

2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述选取所述机械臂的一个臂体为目标臂体，并将所述目标臂体的位置确定为位置特征值包括：

选取所述机械臂的一个臂体为所述目标臂体；

将以下之一的所述目标臂体的位置信息确定为所述位置特征值：所述目标臂体相对于地面的位置、所述目标臂体相对于地面的角度、所述目标臂体相对于所述机械臂除所述目标臂体外的其他任一臂体的位置、所述目标臂体相对于所述机械臂除所述目标臂体外的其他任一臂体的角度。

3.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值与所述机械臂各关节位置的关系，得到所述位置特征值的第一计算表达式包括：

基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值的第一计算表达式为ζ＝ζ(q₁，q₂，……q_n)，其中，ζ为所述位置特征值，q为所述机械臂的关节位置，q_n表示所述机械臂第n个关节的位置，n∈[1，N]，N为所述机械臂的关节数量。

4.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述确定所述位置特征值的目标值包括：

将所述目标臂体在拖拽开始时的初始位置确定为所述位置特征值的目标值。

5.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，在得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，所述机械臂控制方法还包括：基于计算得到的所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置控制所述目标关节移动。

6.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，在得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置之后，所述机械臂控制方法还包括：

若基于所述第一计算表达式求解得到的目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置的数量为大于或等于两个，则选择多个下一位置中与所述目标关节的当前位置最近的下一位置控制所述目标关节移动。

7.一种机械臂控制装置，其特征在于，应用于机械臂的手动拖拽控制系统，其中，所述机械臂在三维空间运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于4，所述机械臂在平面内运动时，所述机械臂的关节数量大于或等于3，所述机械臂控制装置包括：

特征值确定单元，用于选取所述机械臂的一个臂体为目标臂体，并将所述目标臂体的位置确定为位置特征值；

表达式建立单元，用于基于机械臂正向运动学确定所述位置特征值与所述机械臂各关节位置的关系，得到所述位置特征值的第一计算表达式；

目标关节确定单元，用于选取所述机械臂的一个关节作为目标关节，所述目标关节为在拖拽阶段的控制对象；

目标值确定单元，用于确定所述位置特征值的目标值；

位置获取单元，用于获取当前时刻除所述目标关节外的其他各关节的位置；

位置计算单元，用于将所述位置特征值的目标值以及除所述目标关节外的其他各关节的位置代入所述第一计算表达式求解，得到所述目标关节在所述机械臂从当前位置被拖拽时的下一位置。

8.一种手动拖拽控制系统，其特征在于，所述手动拖拽控制系统包括上述权利要求7所述的机械臂控制装置。

9.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的机械臂控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的机械臂控制方法。

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