[發(fā)明專利]一種六軸機械臂過奇異點的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111244075.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113681570B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷成林;劉家駿
• 申請（專利權(quán)）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(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44675
• 代理人: 王瑞長

本發(fā)明屬于一種機械臂控制技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種六軸機械臂過奇異點的控制方法，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(tài)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(guī)劃，并根據(jù)末端位姿進行逆解計算；（3）判斷是否經(jīng)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(jié)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(zhuǎn)換成七軸機械臂，并通過形成的七軸機械臂完成運動指令。本發(fā)明計算簡單且計算量小，適用范圍廣，有利于機械臂快速有效地經(jīng)過奇異點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機械臂控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種六軸機械臂過奇異點的控制方法。

背景技術(shù)

六軸機械臂具有速度快，移動靈活以及精度高等優(yōu)點，無論在工業(yè)領(lǐng)域還是服務(wù)行業(yè)中，均起到尤為重要的作用。但是，不管在哪種場合，哪種類型的機械臂，六軸機械臂都面臨著過奇異點問題；在奇異點附近，機械臂的逆解有無數(shù)個，并且還存在速度無限大、承載能力弱問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，六軸機械臂過奇異點的控制方法很多，其中包括采用純數(shù)學(xué)的計算處理，例如求出機械臂位置和速度雅可比矩陣的偽逆，或者利用其它算法求解出逆解；另外，還包括采用直接避開奇異點的方法，在進行機械臂運動軌跡和路徑規(guī)劃時，直接避開可能產(chǎn)生奇異點的位姿。

關(guān)于以上六軸機械臂過奇異點的控制方法，存在以下問題：無法求出較好的逆解以便于六軸機械臂平穩(wěn)地通過奇異點，若通過避開奇異點的方式則導(dǎo)致機械臂無法以最優(yōu)的路徑完成作業(yè)，并且增加規(guī)劃計算量，適用范圍窄。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種六軸機械臂過奇異點的控制方法，該方法計算簡單且計算量小，適用范圍廣，有利于機械臂快速有效地經(jīng)過奇異點。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種六軸機械臂過奇異點的控制方法，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(tài)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(guī)劃，并根據(jù)末端位姿進行逆解計算；

（3）判斷是否經(jīng)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(jié)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(zhuǎn)換成七軸機械臂，并通過形成的七軸機械臂完成運動指令。

本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，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(xué)可以得出六軸機械臂末端位姿向量x和關(guān)節(jié)空間的位置向量q的關(guān)系：

式中，J為雅可比矩陣，δ為微分符號；

則根據(jù)公式（1），可以求出六軸機械臂的關(guān)節(jié)空間向量：

由于雅可比矩陣具有對稱性，則有：