一种多自由度机械手自主抓取逆解工程算法制造技术

本发明专利技术涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种多自由度机械手自主抓取逆解工程算法，在求取各关节角度时，先求出腰部回转角度，进而转化为平面问题，有利于求解效率，并且避免了逆矩阵求解方式带来的复杂性，以及操作人员的精神负担较大、容易疲劳等问题，进一步提高了抓取效率。此外，本发明专利技术中的目标位置采用双目视觉摄像单元获取或者人工判断，以供上位机控制系统确定所述可疑目标相对于所述车体的三维坐标，并反馈回相应的控制指令，可以进一步实现对目标的精确定位及抓取，从而也进一步提高了抓取效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人控制
，具体设及一种多自由度机械手自主抓取逆解工 程算法。
技术介绍
随着科学技术不断发展，W及机器人取代人工的领域迅速增加，各类机器人的研 制已成为世界各国和军队共同关注的课题。由于机器人的作业目标质量状况不明，放置的 位置随机性较大，抓取过程中随时有意外发生的可能，因此，采用机器人进行作业，降低处 理难度，避免工作人员的意外发生，对提高科技整体技术水平和作业效率具有重要意义。 世界上已有的车载机械手型机器人包括履带式"手推车"、"超级手推车"MPR-800 型多功能智能机器人、"安德鲁斯皿-I"机器人、"灵姗A"和"灵姗B"排爆机器人、 "RAPT0P-E0D"中型排爆机器人等。而控制系统是机器人中至关重要的一部分，控制系统的 核屯、是逆运动算法，其好坏程度直接影响着机器人的功能、可靠程度及操作性能等。 针对机器人作业环境的特殊情况，可靠性和效率是它的一个重要因素。如果机器 人的控制系统不可靠，将会引入新的不安全因素，不但没能解决问题，反而会促发矛盾问题 的升级。在多自由度的机械手操作时，通常的做法是采用单关节的远程遥控方式，运对机械 手末端手爪的定位抓取造成了极大困难。操作人员必须非常熟悉排爆机器人的操作，通过 远处的摄像头判断机械手末端位置，并且快速且准确的操作每个关节，使机械手末端的手 爪刚好对可疑目标并进行抓取。该种方式对操作人员的精神负担较大，容易疲劳而且操作 效率较低。如果采用逆矩阵求解方法，计算复杂，且求解不直观。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中机械手的控制系统采用单关节的遥控方式，导致机械手末 端定位抓取困难，造成操作人员的精神负担较大，容易疲劳而且操作效率较低等问题，提供 一种能够实现机械手多关节联动的逆运动求解工程算法。 本专利技术通过W下技术方案实现该目的： 本专利技术提出的多自由度逆解方法没有采用逆矩阵方法求解，把空间的问题简化为 平面问题，简化了求逆解的过程，该方法包括W下步骤（1)至步骤（4): (1)根据实际的目标图像判断抓取目标点P狂，Y，幻，且不考虑目标姿态； 似根据机械手的正解方法，设定4自由度机械手的各关节参数为 (0 1，0 2, 0 3, 0 4)，第4个关节依靠人工调整，因此求出目标点与前3个关节的关系；如果 是5自由度，可固定第2和第3,或者第3和第4关节的相对位置，简化为4自由度机械手； (3)求逆解时先转腰，求出0 1，后面的求解简化为平面求解问题； W11] (4)计算 02,03。 进一步，所述步骤（1)中，目标点P〇(，Y，幻由人工设定或者由机器人视觉提供。 进一步，所述步骤（2)中，不考虑最后一个关节手爪的旋转，将目标点P〇(，Y，幻 定位于机械手爪中屯、，在机械手臂上固定一个平面坐标系{xy}，运是为了将空间坐标系的 问题简化到平面坐标系解决，减少了变量，使得空间变量求解更加简单，该平面坐标系Ixy} 的原点与空间基坐标系找Y幻的原点重合，即固定在机器人的基坐标系的原点；平面坐标 系Ixy}的y轴与空间坐标系脚幻的Z轴重合，坐标系的关系如图1所示。 无论机械臂绕腰关节怎么旋转，坐标系{xy}始终与机械手处于同一平面内，该坐 标系是辅助的动态平面坐标系，那么点P在该坐标系Ixy}中的坐标记为（x，y)，根据几何 学知识可W求得该坐标如下： 最终要求得点P在机器人基坐标系找Y幻中的坐标狂，Y，幻，点P在平面动坐标系 Ixy}与机器人基坐标系化Y，幻满足W下关系式：所W点P在机器人基坐标 系下的坐标为 进一步，所述步骤（3)、（4)中，已知机器人末端的S维坐标化Y，幻的值，求解关 节0 1，0 2, 0 3的值，多功能水下爬行机器人运动学逆解几何图解图如图1所示。 在机器人基坐标系下可W解的e1的表达式01=arctan(YA)(根据机械臂的空 间位置信息求取角度）； 由正解的结论可得： 利用S角形的余弦定理可解得，根据实际可取阳〇2引将包含0 2, 0 3的y-0-x平面目2=Z1+Z2,根据余弦定理因此， 其中，求出01，02,93后，根据目标姿态，人工调整手爪姿态，实现合理位姿抓取。 相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的多自由度机械手自主抓取逆解 工程算法，在求取各关节角度时，采用先转腰且不考虑手爪姿态，再求取其他关节角度的方 法，先求出腰部回转角度，进而转化为平面问题进行求解其他关节角度，大大提高了求解效 率，并且避免了逆矩阵求解方式带来的复杂性，W及操作人员的精神负担较大、容易疲劳等 问题，进一步提高了抓取效率。【附图说明】 图1是本专利技术的多自由度机械手运动学正解几何图解示意图。 图2是本专利技术的简化成平面的关节参数求解示意图。【具体实施方式】 W下结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。 实施例1。 ，把空间的问题简化为平面问题，简 化了求逆解的过程，该方法包括W下步骤（1)至步骤（4): (1)根据实际的目标图像判断抓取目标点P化Y，幻，且不考虑目标姿态； 似根据机械手的正解方法，设定4自由度机械手的各关节参数为 (01，02,03,04)，第4个关节依靠人工调整，因此求出目标点与前3个关节的关系；如果 是5自由度，可固定第2和第3,或者第3和第4关节的相对位置，简化为4自由度机械手；...

【技术保护点】
一种多自由度机械手自主抓取逆解工程算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据实际的目标图像判断抓取目标点P(X,Y,Z)，且不考虑目标姿态；(2)根据机械手的正解方法，设定4自由度机械手的各关节参数为(θ1,θ2,θ3,θ4)，第4个关节依靠人工调整，因此求出目标点与前3个关节的关系；如果是5自由度，可固定第2和第3个关节，或者第3和第4个关节的相对位置，简化为4自由度机械手；(3)求逆解时先转腰，求出θ1的数值，后面的求解简化为平面求解问题；(4)计算θ2,θ3的数值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋梁中，张成，
申请(专利权)人：广州霞光技研有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44