[發明專利]一種六軸機械臂過奇異點的控制方法

有效

• 申請號: 202111244075.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113681570B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 雷成林;劉家駿
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 佛山市君創知識產權代理事務所(普通合伙) 44675
• 代理人: 王瑞長

1.一種六軸機械臂過奇異點的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）在六軸機械臂的最后一個軸臂上增加一個輔助軸；常態下，所述輔助軸與六軸機械臂的最后一個軸臂形成一個整體進行運動；

（2）六軸機械臂收到運動指令后，進行末端路徑規劃，并根據末端位姿進行逆解計算；

（3）判斷是否經過奇異點；

（4）若不存在奇異點，則基于六軸機械臂直接進行逆解計算，按照計算結果完成運動指令；若存在奇異點，則所述輔助軸生效，此時的六軸機械臂轉換成七軸機械臂，并通過形成的七軸機械臂完成運動指令；當七軸機械臂經過奇異點后，結合輔助軸的復位，繼續完成執行后續的運動，從而實現機械臂的運動過程保持平穩連續。

2.根據權利要求1所述的六軸機械臂過奇異點的控制方法，其特征在于，在步驟（2）和步驟（3）中，逆解計算和奇異點的判斷如下：

由正運動學可以得出六軸機械臂末端位姿向量x和關節空間的位置向量q的關系：

式中，J為雅可比矩陣，δ 為微分符號；

則根據公式（1），可以求出六軸機械臂的關節空間向量：

由于雅可比矩陣具有對稱性，則有：

要使得上述公式（3）有解，即六軸機械臂的逆解有解，則需要滿足滿秩，即：，此時表明不存在奇異點，通過計算直接獲得逆解即可；若，且，則表明六軸機械臂即將經過的位姿是奇異點；其中的表示矩陣J^T的秩，其中的w為六軸機械臂的工作范圍。

3.根據權利要求2所述的六軸機械臂過奇異點的控制方法，其特征在于，當存在奇異點，轉換為七軸機械臂時，通過能量最優算法求解七軸機械臂逆解的最優解：

其中，Energy為七軸機械臂本次運動所需要的能量，m_n為機械臂上第n個軸臂的質量，n 表示第n個軸臂，表示七軸機械臂第i個關節在下一時刻與當前時刻的角度差值，為七軸機械臂本次運動所需要的最小能量，為七軸機械臂第i個關節的角度，為七軸機械臂第i個關節所能運動到的最小角度，為七軸機械臂第i個關節所能運動到的最大角度；

通過公式（2）、（4）和（5），即可求解出七軸機械臂最優的逆解，即獲得七軸機械臂即將運動的角度數據；此時七軸機械臂執行求解出最優的逆解，按照所述角度數據進行運動，從而使得機械臂平穩順滑通過奇異點。