[發明專利]一種用于蛇行柔性機械臂的人機交互控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010599374.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN113843786A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 謝海波;王程;王承震;徐賢統
• 申請（專利權）人: 杭州有容智控科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/06;B25J19/02
• 代理公司: 上海宏京知識產權代理事務所(普通合伙) 31297
• 代理人: 李敏

本發明提供一種用于蛇行柔性機械臂的人機交互控制方法及系統，涉及機械臂控制技術領域，所述機械臂包括水平滑臺、驅動模塊以及若干關節；若干關節串聯設置于驅動模塊上，驅動模塊滑動設置于水平滑臺上；所述機械臂的人機交互控制方法包括步驟1：通過操作手柄發送運動指令到機械臂；步驟2：機械臂識別運動指令，并且執行“末端彎曲”、“蛇行前行”、“蛇行退后”、“末端平移”四個動作。本發明通過末端跟隨運動方法穿越障礙物到達目標位置，只需要控制末端的方向和整體的前進后退，其余各關節都跟隨末端的路徑，因此主要末端關節不接觸障礙物，其余各個關節可以實現自動避障，特別適用于基于視覺反饋的手動控制，具有操作簡單、效率高的優點。

技術領域

本發明涉及機械臂控制技術領域，特別是涉及一種用于蛇行柔性機械臂的人機交互控制方法及系統。

背景技術

機械臂多數超過十個自由度，適合在狹小的環境下使用，相比傳統關節型工業機器人可實現靈活避障、穿越孔洞等操作。但同樣的由于其自由度太多，導致控制過程較為繁瑣，尤其在手動控制時簡單的示教控制方式已不再適用，需要一種控制量少且高效的控制方法。因此研究機械臂的運動控制方法具有重要意義。

機械臂的導航方法可分為自動導航和手動控制導航兩大類，自動導航在已知環境的情況下進行路徑規劃，因此首先需要對環境進行建模，在很多場景下并不適應；在未知環境的情況下進行自動導航，需要依靠傳感器對環境障礙進行檢測，實現避障，然而目前自動導航策略并不完善，存在容錯性差、效率低、靈活度差等缺點，并沒有得到實際應用。相比之下，手動控制更為靈活、效率高、能夠適應于更多場合，例如：危險環境勘察、水下作業、特殊場合設備維護等；但是，由于蛇行柔性機械臂通常超過十個自由度，傳統七個自由度機械臂的示教控制法已經不再適用，需要一種控制量少且高效的控制方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于蛇行柔性機械臂的人機交互控制方法及系統，通過安裝在機械臂末端的攝像頭觀察環境中障礙物和目標位置，并且通過末端跟隨運動方法穿越障礙物到達目標位置，只需要控制末端的方向和整體的前進后退，其余各關節都跟隨末端的路徑，因此主要末端關節不接觸障礙物，其余各個關節可以實現自動避障，特別適用于基于視覺反饋的手動控制，具有操作簡單、效率高的優點。

本發明提供一種用于蛇行柔性機械臂的人機交互控制方法，所述機械臂包括水平滑臺、驅動模塊以及若干關節；若干關節串聯設置于驅動模塊上，驅動模塊滑動設置于水平滑臺上；其特征在于，所述機械臂的人機交互控制方法包括以下步驟：

步驟1：通過操作手柄發送運動指令到機械臂；

步驟2：機械臂識別運動指令，并且執行“末端彎曲”、“蛇行前行”、“蛇行退后”、“末端平移”四個動作，實現在狹小環境中的導航與避障。于本發明的一實施例中，執行“末端彎曲”動作時，調整末端關節軸線方向，并且將軸線方向作為機械臂的前進方向。

于本發明的一實施例中，執行“蛇行前行”動作時，末端關節點沿著末端關節軸向方向前進，其余關節點依次沿著當前路徑前進，并且將前進軌跡進行記錄；其中，所述當前路徑為執行動作時，若干關節的連線。

于本發明的一實施例中，執行“蛇行退后”動作時，所有關節點反向執行記錄的前進軌跡。

于本發明的一實施例中，執行“末端平移”動作時，末端關節軸向方向不變，改變末端關節與靠近末端關節的1個或者2個關節的轉角。

于本發明的一實施例中，若干關節按照與驅動模塊之間的距離大小，分別為第一關節、第二關節、……、末端關節。

于本發明的一實施例中，所述末端關節上設置有攝像頭，所述攝像頭用于采集末端關節的外部環境圖像，并且通過顯示屏顯示。

于本發明的一實施例中，所述第一關節與驅動模塊的連接點、第一關節與第二關節的連接點、......、末端關節的連接點分別為第一關節點、第二關節點、……、末端關節點。