[發(fā)明專利]一種超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法、裝置及控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910772183.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN110561426B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文福;胡忠華;劉天亮;梁斌;郭笑霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 洪銘福

本發(fā)明公開了一種超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法、裝置及控制系統(tǒng)，方法包括：對(duì)機(jī)械臂配置后獲取臂形描述參數(shù)并規(guī)劃具有多個(gè)期望節(jié)點(diǎn)的期望路徑，以第一個(gè)期望節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)，獲取目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，通過臂形描述參數(shù)獲得等效臂形的末端當(dāng)前參數(shù)和雅可比矩陣；結(jié)合末端當(dāng)前參數(shù)及目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)獲得末端期望速度，基于雅克比矩陣迭代末端期望速度獲得各個(gè)臂段的期望臂形參數(shù)，根據(jù)獲得的期望臂形參數(shù)得到關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)參數(shù)，根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)參數(shù)將機(jī)械臂的末端向目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，依次遍歷以期望節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)完成機(jī)械臂的路徑規(guī)劃；解決了現(xiàn)有技術(shù)中超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法計(jì)算繁雜的技術(shù)問題，提供了一種高效的超冗余機(jī)械臂路徑規(guī)劃方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法、裝置及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多的大型設(shè)備經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)后廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。而由于大型設(shè)備往往都具有非常復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此造成了在對(duì)這些大型設(shè)備進(jìn)行維修或檢測(cè)時(shí)的操作空間都非常狹小。為了能夠在狹小的操作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些大型設(shè)備的維修或檢測(cè)工作，往往通過控制超冗余機(jī)械臂進(jìn)入大型設(shè)備的內(nèi)部中進(jìn)行相應(yīng)操作。超冗余機(jī)械臂具有穿越狹窄空間、回避障礙物、關(guān)節(jié)奇異和關(guān)節(jié)超限的能力，且超冗余機(jī)械臂具有較大的靈巧操作空間。

但是，由于超冗余機(jī)械臂的自由度較多，導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程非常復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致超冗余機(jī)械臂逆解的計(jì)算量急劇增加，從而降低了超冗余機(jī)械臂實(shí)時(shí)在線路徑規(guī)劃效率。因此，如何解決由于超冗余機(jī)械臂的應(yīng)用帶來的路徑規(guī)劃效率低下的問題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需克服的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高效的超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

第一方面，本發(fā)明提供一種超冗余機(jī)械臂的路徑規(guī)劃方法，所述超冗余機(jī)械臂包括多個(gè)臂段，多個(gè)所述臂段均包括多個(gè)小節(jié)，多個(gè)所述小節(jié)間依次通過關(guān)節(jié)連接，其包括步驟：

S10、獲取所述臂段的臂形描述參數(shù)并規(guī)劃所述超冗余機(jī)械臂的期望路徑，在所述期望路徑上取多個(gè)期望節(jié)點(diǎn)，且分別設(shè)有一個(gè)所述期望節(jié)點(diǎn)處于所述期望路徑的首端和末端，并以第一個(gè)所述期望節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)；

S20、根據(jù)所述臂形描述參數(shù)獲得所述機(jī)械臂的當(dāng)前等效臂形參數(shù)；

S30、獲取所述目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)期望位置信息和目標(biāo)期望指向信息，并根據(jù)所述當(dāng)前等效臂形參數(shù)遞推獲得所述超冗余機(jī)械臂的等效臂形的末端當(dāng)前位置信息、末端當(dāng)前指向信息和雅可比矩陣；

S40、根據(jù)所述末端當(dāng)前位置信息、所述末端當(dāng)前指向信息、所述雅可比矩陣、所述目標(biāo)期望位置信息和所述目標(biāo)期望指向信息獲得末端期望線速度和末端期望角速度；

S50、基于所述雅可比矩陣不斷迭代所述末端期望速度和所述末端期望角速度獲得各個(gè)所述臂段的期望臂形參數(shù)；

S60、根據(jù)所述期望臂形參數(shù)獲得關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)所述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)參數(shù)將所述超冗余機(jī)械臂向所述目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)；

S70、以下一個(gè)所述期望節(jié)點(diǎn)為所述目標(biāo)期望節(jié)點(diǎn)，重復(fù)所述步驟S20至所述步驟S60直至遍歷完所有所述期望節(jié)點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述步驟S40具體包括子步驟：

S401、根據(jù)所述目標(biāo)期望位置信息、所述目標(biāo)期望指向信息、所述末端當(dāng)前位置信息和所述末端當(dāng)前指向信息獲得位置信息差和指向信息差；

S402、根據(jù)所述位置信息差、所述指向信息差及所述雅可比矩陣計(jì)算得出所述末端期望線速度和所述末端期望角速度。

進(jìn)一步地，所述步驟S50之后所述步驟S60之前還包括步驟：