[發明專利]一種用于對準的機械臂控制方法

在審

• 申請號: 202010422260.3
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111546344A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 賈慶軒;段嘉琪;陳鋼;王一帆;潘廣堂
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于對準的機械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括：

獲得圖像特征空間與機械臂關節空間映射關系的圖像雅可比矩陣；

基于機械臂和圖像運動的測量數據，獲得目標特征深度值；

獲得機械臂與目標載荷的動力學方程；

依據所述圖像雅可比矩陣、目標特征深度值及機械臂與目標載荷的動力學方程，獲得用于對準的機械臂控制方程。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲得圖像特征空間與機械臂關節空間映射關系的圖像雅可比矩陣為：

其中，為m個特征點的2維圖像特征矢量，J_r為圖像特征空間與任務空間映射關系的雅可比矩陣，為相機在任務空間中的廣義速度，J_q為反映任務空間與機械臂關節空間映射關系的機械臂雅可比矩陣，表示機械臂的關節速度，m為選取特征點個數，n為機械臂自由度數。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，利用如下公式獲得反映圖像特征空間與任務空間映射關系的雅可比矩陣J_r：

J_r＝[J_r1,J_r2...J_rm]^T

其中，λ為相機的焦距，z為目標特征點深度，[u v]^T為目標特征點在圖像特征空間的投影坐標。

4.根據權利要求1和3所述的方法，其特征在于，所述基于機械臂和圖像運動的測量數據，獲得目標特征深度值為：

其中，v為相機平移運動速度，w為相機旋轉運動速度，J_t反映相機平移運動對圖像特征矢量的影響，J_ω反映相機旋轉運動對圖像特征矢量的影響，可根據反映圖像特征空間與任務空間映射關系的雅可比矩陣J_r推導獲得。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲得機械臂與目標載荷的動力學方程為：

上式中H(q)為正定質量慣性矩陣，C(q)為科氏力與離心力項，τ為機械臂關節力矩，J_q為機械臂雅可比矩陣，F_e為機械臂進行裝配操作時末端輸出力，表示機械臂的關節加速度。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述依據所述圖像雅可比矩陣、目標特征深度值及機械臂與目標載荷的動力學方程，獲得用于對準的機械臂控制方程為：

(1)采用PI控制理論，獲得任務空間機械臂對準控制方程為：

u(k+1)為k+1時刻相機伺服運動量，u(k)＝Δr(k+1)＝r(k+1)-r(k)，r(k)為k時刻相機在任務空間內的坐標參數；e_f(t)為期望圖像特征與實際圖像特征之差，e_f(t)＝f^*(t)-f^g(t)，其中f^*(t)＝(u^*v^*)^T為特征點在圖像平面的期望投影，f(t)為特征點在圖像平面的實際投影；c₁、c₂分別為PI控制器的比例和積分系數；

(2)采用基于計算力矩法的滑模控制，獲得關節空間機械臂對準控制方程為：

其中，τ為機械臂關節控制力矩；與為利用慣性參數估計值計算出的正定質量慣性矩陣H(q)與科氏力與離心力項C(q)估計值；J_q為任務空間與機械臂關節空間映射關系的機械臂雅可比矩陣；F_e為機械臂進行裝配操作時末端輸出力；為機械臂的期望關節加速度，Λ為正對角矩陣，e＝q_d-q為期望角度與實際關節角度的差值，d為設計量，定義滑模控制的滑模面選取式中為加權平均數，η為滑模控制的趨近速率，sgn(s)為階躍函數。