一种双机械臂系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双机械臂系统，该双机械臂系统包括左机械臂和右机械臂，左机械臂包括左机械臂基座、至少一个左机械臂关节、左机械臂末端执行器，左机械臂基座通过左机械臂关节与左机械臂末端执行器连接，右机械臂包括右机械臂基座、至少一个右机械臂关节、右机械臂末端执行器，右机械臂基座通过右机械臂关节与右机械臂末端执行器连接，左机械臂基座与右机械臂基座连接。本实用新型专利技术简化控制结构，提高效率。

A dual manipulator system

The utility model discloses a dual manipulator system, the dual manipulator system including the left arm and the right arm, left arm comprises a left arm base, at least one left arm, left arm joint end effector, left arm base through the left and left arm joint manipulator the actuator connected, right arm comprises a right arm base, at least one right arm joint, right arm end actuator, right arm and right arm through the base joint right end effector connection, left arm and right arm base base connection. The utility model simplifies the control structure and improves the efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种双机械臂系统
本技术涉及多个机器人协调控制领域
，具体涉及一种双机械臂系统。
技术介绍
在现有工件的生产过程中，很多工件需要经过多道工序才可以制备完成。如果采用人工操作，随着工人的工作时长会影响工人的判断力和精神力，而且劳动强度大，容易产生误操作，降低了生产效率，并且会有较高的不合格产品产生。机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。传统的单机械臂系统具有以下明显的劣势：负载能力弱、操作灵巧性差以及效率低等等。双机械臂系统模仿人类的双机械臂结构，与普通的单机械臂相比，在负载能力、操作的灵巧性和效率方面具有明显的优势，预计在精密装配和服务机器人等领域具有重要的应用前景。不难看出，现有技术还存在进一步改善的空间，有必要开发新型的双机械臂系统。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本技术提出一种双机械臂系统。本技术通过以下技术手段解决上述问题：一种双机械臂系统，包括左机械臂和右机械臂，左机械臂包括左机械臂基座、至少一个左机械臂关节、左机械臂末端执行器，左机械臂基座通过左机械臂关节与左机械臂末端执行器连接，右机械臂包括右机械臂基座、至少一个右机械臂关节、右机械臂末端执行器，右机械臂基座通过右机械臂关节与右机械臂末端执行器连接，左机械臂基座与右机械臂基座连接。一种双机械臂系统的协调控制方法，包括如下步骤：S01、以两组经尺度缩放后的对偶四元数分别描述当前状态下左机械臂末端执行器的对偶位置和右机械臂末端执行器的对偶位置；S02、根据S01得出的左机械臂末端执行器的对偶位置和右机械臂末端执行器的对偶位置，计算当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置；S03、在上位机中对协同操作任务进行分解，用S02的方法计算得到的协同任务开始时两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置，确定完成协同操作所需的两机械臂末端执行器相对对偶位置和绝对对偶位置；S04、计算当前状态下S02中确定的相对对偶位置相对应的雅可比矩阵和绝对对偶位置相对应的雅可比矩阵；S05、根据S01、S02和S03计算双机械臂系统当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置的误差值和绝对对偶位置的误差值，设计控制算法，结合S04获取的雅可比矩阵，生成左机械臂和右机械臂各个关节电机的旋转角度增量，同时驱动左机械臂和右机械臂到达下一状态；S06、更新左机械臂和右机械臂各关节电机的位置信息，重复步骤S01、S02、S04和S05直到当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置的误差值和绝对对偶位置的误差值到达允许范围内，协同任务完成。进一步地，步骤S01具体包括：S011、将左机械臂基座的位置和各关节位姿用标准Denavit-Hartenberg参数表示成对偶位置的形式；S012、将右机械臂基座的位置和各关节位姿用标准Denavit-Hartenberg参数表示成对偶位置的形式；S013、选取缩放因子为双机械臂臂展，对S011及S012中得到的各个对偶位置的对偶部分按缩放因子进行尺度缩放，得到统一尺度下的对偶位置；S014、从左机械臂的第一关节开始，将S013获取的表示各关节位姿信息的对偶位置依次相乘，得到各个关节在基座坐标系下的对偶位置，最终相乘的结果和左机械臂基座的对偶位置相乘，得到左机械臂末端执行器在全局坐标下的对偶位置；S015、从右机械臂的第一关节开始，将S013获取的表示各关节位姿信息的对偶位置依次相乘，得到各个关节在基座坐标系下的对偶位置，最终相乘的结果和右机械臂基座的对偶位置相乘，得到右机械臂末端执行器在全局坐标下的对偶位置。进一步地，步骤S02具体包括：S021、将S01获取的右机械臂末端执行器的对偶位置的共轭与S01获取的左机械臂末端执行器的对偶位置相乘，得到两机械臂末端执行器的相对对偶位置；S022、将S01获取的右机械臂末端执行器的对偶位置与S021获取的两机械臂相对对偶位置的平方根相乘，得到两机械臂末端执行器的绝对对偶位置。进一步地，步骤S03具体包括：在上位机中对协同操作任务进行分解，确定整个协同操作过程中两机械臂的相对位移和共同位移，得到两机械臂完成协同操作所需的相对对偶位置和绝对对偶位置。进一步地，步骤S04具体包括：使用对偶位置和对各关节角直接求导的方法，得出末端执行器的对偶位置对应的雅可比矩阵；相对对偶位置对应的雅可比矩阵和绝对对偶位置对应的雅可比矩阵可由对偶位置对各关节角求导得出。进一步地，步骤S05中，控制算法采用PID控制；对所得到的各关节电机旋转增量进行限幅。与现有技术相比，本技术的有益效果如下：1)、通过对对偶四元数进行比例缩放，所得的对偶位置可以描述不同特征尺寸下双机械臂系统相对对偶位置和绝对对偶位置，降低因尺度问题对控制效果的影响；2)、通过以对偶四元数统一描述双机械臂系统的位置和姿态，调用双机械臂协调控制算法，实现双机械臂的协调运动，简化控制的结构，提高效率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术双机械臂系统的结构示意图；图2是本技术双机械臂系统的协调控制方法的流程图；图3是本技术控制系统的结构示意图。附图标记说明：1、左机械臂第一关节2、左机械臂第二关节3、左机械臂第三关节n、左机械臂自由度数m、右机械臂自由度数BL、左机械臂基座BR、右机械臂基座EL、左机械臂末端执行器ER、右机械臂末端执行器L、左机械臂R、右机械臂具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本技术的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例1如图1所示，本技术提供一种双机械臂系统，包括左机械臂L和右机械臂R，左机械臂L包括左机械臂基座BL、n个左机械臂关节、左机械臂末端执行器EL，左机械臂基座BL通过左机械臂关节与左机械臂末端执行器EL连接，右机械臂R包括右机械臂基座BR、m个右机械臂关节、右机械臂末端执行器ER，右机械臂基座BR通过右机械臂关节与右机械臂末端执行器ER连接，左机械臂基座BL与右机械臂基座BR连接。实施例2如图2、图3所示，本技术还提供一种双机械臂系统的协调控制方法，包括如下步骤：S01、以两组经尺度缩放后的对偶四元数分别描述当前状态下,左机械臂L和右机械臂R各关节角度为Θ＝[ΘLΘR]时，末端执行器EL和ER的对偶位置hL和hR；其中，步骤S01具体包括：S011、将左机械臂基座BL的位置和各关节iL(iL＝1,2,…,n，其中，n为左机械臂L的自由度)位姿用标准Denavit-Hartenberg(D-H)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双机械臂系统，其特征在于，包括左机械臂和右机械臂，左机械臂包括左机械臂基座、至少一个左机械臂关节、左机械臂末端执行器，左机械臂基座通过左机械臂关节与左机械臂末端执行器连接，右机械臂包括右机械臂基座、至少一个右机械臂关节、右机械臂末端执行器，右机械臂基座通过右机械臂关节与右机械臂末端执行器连接，左机械臂基座与右机械臂基座连接。

【技术特征摘要】
1.一种双机械臂系统，其特征在于，包括左机械臂和右机械臂，左机械臂包括左机械臂基座、至少一个左机械臂关节、左机械臂末端执行器，左机械臂基座通过左机械臂关节与左机械臂末...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁济民，张弓，王卫军，侯至丞，顾星，徐征，梁松松，李友浩，李均，冯伟，韩彰秀，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，深圳先进技术研究院，深圳市中科德睿智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44