[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

本發明實施例提供了一種用于對準的機械臂控制方法，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。根據本發明實施例提供的技術方案，可在機械臂手眼關系無法進行有效標定的情況下完成裝配過程中的對準操作，并可實現對目標特征深度信息的在線辨識，在此基礎上實現對慣性參數未知裝配物的魯棒控制。

【技術領域】

本發明涉及自動化控制技術，尤其涉及一種用于手眼關系無法進行有效標定時對慣性參數未知的裝配體進行伺服對準的機械臂控制方法。

【背景技術】

隨著對太空開發的不斷深入，空間結構的大型化是未來航天事業發展的主要趨勢。許多科學研究計劃都要求有大型的空間結構作為基礎，如空間站需要千米級尺寸的太陽能電池陣列來提供充裕的能量；高分辨率對地觀測需要百米級的星載天線來提高精度；深空探測飛行器需要用超輕薄膜構成的巨型太陽帆來利用太陽光子作為動力。但是受運載火箭整流罩尺寸的限制，這類大型空間結構無法由運載器直接送入太空，需要由桁架在軌裝配而成。桁架在軌裝配過程中，空間機械臂不可避免地需要利用視覺伺服完成大量對準工作。但在軌裝配過程中無法實現對系統的精確有效標定，譬如美國用于在軌裝配的Sky-worker機器人有一只手臂專門搭載相機。每次進行裝配對準時，該機械臂就會規劃運動到相關位置完成“看”的動作。因此每次對準操作手眼之間的關系都不確定，而重新標定十分復雜難以實現且會導致裝配效率低下，繼續沿用原標定結果則會產生很大誤差。此外，考慮到機器人每次進行桁架對準操作時，所持桁架隨著裝配進行其形狀質量都會發生變化，可能是尚未裝配連接的簡單桁架，也可能是已部分搭建完成的大型桁架。因此在軌裝配視覺伺服系統控制對象的慣性參數不確定。而這種慣性參數的不確定同樣也會對對準精度造成影響。因此，研究如何控制機械臂實現無標定下對慣性參數未知裝配物的對準裝配極其重要。

現有的機械臂視覺伺服控制方法，主要包括控制機械臂完成二維平面上的對準任務，該方法適用情況有限；通過假設目標深度信息為緩變值來實現無標定視覺伺服，該方法無法準確獲得目標深度信息，同時對于深度信息變化大的情況控制精度差；設計基于自適應算法的混合力位控制器，實現對操作物慣性參數未定的伺服控制，需要經過復雜的參數估計，耗時長，無法滿足大型空間結構的快速裝配。因此現有控制方法并不適用于在軌裝配中機械臂的伺服對準控制。

【發明內容】

有鑒于此，本發明實施例提供了一種用于對準的機械臂控制方法，以實現在軌裝配中無標定情況下對慣性參數未知的裝配體的對準。

本發明實施例提供了一種用于對準的機械臂控制方法，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。

上述方法中，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為反映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。

上述方法中，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：