四轴机械臂的位置确定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定方法和装置。四轴机械臂的位置确定方法包括：获取四轴机械臂上关节的关节值；根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息；根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向；其中，所述方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向。本发明专利技术提供的四轴机械臂的位置确定方法，提升了手抓与障碍物之间位置关系的准确性和丰富性。

Method and Device for Determining the Position of Four-Axis Manipulator

The invention provides a method and device for determining the position of a four-axis manipulator. The position determination method of the four-axis manipulator includes: obtaining the joint value of the upper joint of the four-axis manipulator; obtaining the position information of the plane geometric model of the grip according to the joint value, the forward kinematics model of the four-axis manipulator and the plane geometric model of the grip of the four-axis manipulator; and obtaining the position information of the plane geometric model of the grip according to the plane of the grip. The position information of the geometric model, the plane geometric model of the grasp, the plane geometric model of the obstacle and the plane geometric model of the obstacle can obtain the distance and direction of the grasp relative to the obstacle, in which the direction indicates the direction of the grasp away from the obstacle. The position determination method of the four-axis manipulator provided by the invention improves the accuracy and richness of the position relationship between the grasp and the obstacle.

【技术实现步骤摘要】
四轴机械臂的位置确定方法和装置
本专利技术涉及自动化控制
，尤其涉及一种四轴机械臂的位置确定方法和装置。
技术介绍
选择顺应性装配机器手臂(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，SCARA)是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。其中，四轴SCARA机器臂具有3个旋转关节，其轴线相互平行，可以在平面内进行定位和定向。四轴SCARA机器臂还具有一个移动关节，可以完成末端件(例如，手抓)垂直于平面的运动。在一些情况下，我们需要获得机械臂与环境中的障碍物之间的位置关系，从而判断在一定位姿下的机械臂是否与障碍物产生碰撞，并进行机械臂的路径规划或者运动规划。目前，仅能够获得机械臂与障碍物之间的距离，并且该距离为正。也就是说，仅能够获得机械臂与障碍物没有发生碰撞时两者之间的距离。但是，上述机械臂与障碍物之间的位置关系过于简单，降低了路径规划或者运动规划的效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定方法和装置，提升了手抓与障碍物之间位置关系的准确性和丰富性。第一方面，本专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定方法，包括：获取四轴机械臂上关节的关节值；根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息；根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向；其中，所述方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向。第二方面，本专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定装置，包括：获取模块，用于获取四轴机械臂上关节的关节值；处理模块，用于根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息；根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向；其中，所述方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向。第三方面，本专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定设备，包括处理器、存储器和收发器，存储器用于存储指令，收发器用于和其他设备通信，处理器用于执行存储器中存储的指令，以使四轴机械臂的位置确定设备执行上述第一方面的方法。第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，包括：可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序用于实现第一方面任一项所述的方法。本专利技术提供一种四轴机械臂的位置确定方法和装置，将手抓和障碍物建模为平面几何模型。通过四轴机械臂上关节的关节值、四轴机械臂的正运动学模型、手抓的平面几何模型和障碍物的平面几何模型，可以获得手抓相对于障碍物的距离和方向。提升了手抓与障碍物之间位置关系的准确性和丰富性，为后续四轴机械臂的路径规划或者运动规划提供了准确的依据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的四轴机械臂的位置确定方法的流程图；图2为本专利技术涉及的四轴机械臂的结构示意图；图3A为本专利技术实施例二提供的手抓与障碍物相对位置关系的一种示意图；图3B为本专利技术实施例二提供的手抓与障碍物相对位置关系的另一种示意图；图4A为本专利技术实施例三提供的手抓与障碍物相对位置关系的一种示意图；图4B为本专利技术实施例三提供的手抓与障碍物相对位置关系的另一种示意图；图5A为本专利技术实施例四提供的手抓与障碍物相对位置关系的一种示意图；图5B为本专利技术实施例四提供的手抓与障碍物相对位置关系的另一种示意图；图6为本专利技术实施例提供的四轴机械臂的位置确定装置的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的四轴机械臂的位置确定设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。图1为本专利技术实施例一提供的四轴机械臂的位置确定方法的流程图。本实施例提供的四轴机械臂的位置确定方法，执行主体可以为四轴机械臂的位置确定装置。如图1所示，本实施例提供的四轴机械臂的位置确定方法，可以包括：S101、获取四轴机械臂上关节的关节值。具体的，关节是机器人操作臂中的重要概念。关节是指将两个部件连接起来的装置。所述连接不是固定连接，而是可以发生有限的相对运动。可选的，所述运动可以包括转动和平动。关节的关节值，可以用于描述关节的相对位置。例如，对于旋转关节，关节的关节值可以包括旋转关节转过的角度。在本步骤中，可以获取四轴机械臂上所有关节的关节值。或者，根据后续数据处理的需要，获取四轴机械臂上部分关节的关节值。下面通过示例说明。示例性的，图1为本专利技术涉及的四轴机械臂的结构示意图。如图1所示，四轴机械臂可以包括三个旋转关节和一个移动关节14。所述三个旋转关节按照顺序可以依次称为第一个旋转关节11、第二个旋转关节12和第三个旋转关节13。所述三个旋转关节可在水平面上围绕旋转轴旋转。所述移动关节14可沿垂直方向移动。所述移动关节14的末端可以设置手抓(未示出)。在一种实现方式中，获取四轴机械臂上关节的关节值，可以包括：获取θ＝(θ1,θ2,θ3,θ4)。其中，θ1为第一个旋转轴11转过的角度，θ2为第二个旋转轴12转过的角度，θ4为第三个旋转轴13转过的角度，θ3为移动关节14移动的垂直距离。在另一种实现方式中，获取四轴机械臂上关节的关节值，可以包括：获取θ＝(θ1,θ2,θ4)。S102、根据关节值、四轴机械臂的正运动学模型和四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得手抓的平面几何模型的位置信息。具体的，机器人运动学包括正向运动学和逆向运动学。所谓正运动学模型，是指给定机器人各关节变量，可以获得机器人末端的位置姿态。需要说明的是，本实施例对于四轴机械臂的正运动学模型不做限定，根据四轴机械臂结构的不同可以有所不同。其中，手抓的平面几何模型是指将手抓映射到水平面后对应的平面几何形状。可选的，所述平面几何模型可以包括圆形和多边形。多边形可以包括三角形、矩形和边长数目大于4的正多边形或者非正多边形。可选的，S102中，根据关节值、四轴机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轴机械臂的位置确定方法，其特征在于，包括：获取四轴机械臂上关节的关节值；根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息；根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向；其中，所述方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向。

【技术特征摘要】
1.一种四轴机械臂的位置确定方法，其特征在于，包括：获取四轴机械臂上关节的关节值；根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息；根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向；其中，所述方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述关节值、所述手抓相对于所述障碍物的方向和所述四轴机械臂的逆运动学模型，获得所述关节相对于所述障碍物的梯度方向。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关节值、所述四轴机械臂的正运动学模型和所述四轴机械臂上手抓的平面几何模型，获得所述手抓的平面几何模型的位置信息，包括：根据所述关节值和所述正运动学模型获得所述手抓的位姿信息，所述位姿信息包括所述手抓的中心点在机械臂平面坐标系中的坐标和所述手抓绕着所述中心点转过的角度；其中，所述机械臂平面坐标系的原点为所述四轴机械臂上第一个旋转关节的旋转轴轴线与水平面的交点；根据所述手抓的位姿信息和所述手抓的平面几何模型获得所述手抓的平面几何模型的位置信息。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述手抓的平面几何模型为圆形，所述手抓的平面几何模型的位置信息包括：所述手抓的中心点在所述机械臂平面坐标系中的坐标和所述圆形的半径。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述手抓的平面几何模型为多边形，所述根据所述手抓的位姿信息和所述手抓的平面几何模型获得所述手抓的平面几何模型的位置信息，包括：根据所述位姿信息、所述多边形的每个顶点在手抓平面坐标系中的坐标和所述正运动学模型，获得所述多边形的每个顶点在所述机械臂平面坐标系中的坐标；其中，所述手抓平面坐标系的原点为所述手抓的中心点。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述手抓的平面几何模型为第一圆形，所述障碍物的平面几何模型为第二圆形，所述根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向，包括：通过获得所述手抓相对于所述障碍物的距离，通过获得所述手抓相对于所述障碍物的方向；其中，(x,y)为所述第一圆形的圆心的坐标，r为所述第一圆形的半径，(x1,y1)为所述第二圆形的圆心的坐标，r1为所述第二圆形的半径。7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述手抓的平面几何模型为圆形和多边形中的一个，所述障碍物的平面几何模型为所述圆形和所述多边形中的另一个，所述根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向，包括：将所述圆形的圆心向基准线投影获得参考点，将所述多边形向所述基准线投影获得第一参考线段；其中，所述基准线为所述多边形的一条边的中垂线；将所述第一参考线段分别向两端扩展R后获得第二参考线段；其中，R为所述圆形的半径；将所述参考点与所述第二参考线段的两个端点之间的距离的最小值确定为投影距离，将所述参考点相对于所述两个端点中与所述参考点距离较近的端点的方向确定为投影方向，所述投影方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向；对于所述多边形的N条基准线中的每条基准线，重复执行上述步骤获得N个投影距离和N个投影方向；其中，N为大于1的整数；将所述N个投影距离中的最小值确定为所述手抓相对于所述障碍物的距离，将所述N个投影距离中的最小值对应的投影方向确定为所述手抓相对于所述障碍物的方向。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述参考点与所述第二参考线段的两个端点之间的距离的最小值确定为投影距离，包括：若所述参考点位于所述第二参考线段上，则将所述参考点与所述第二参考线段的两个端点之间的距离的最小值确定为投影距离且所述投影距离小于0；若所述参考点不在所述第二参考线段上，则将所述参考点与所述第二参考线段的两个端点之间的距离的最小值确定为投影距离且所述投影距离大于0。9.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述手抓的平面几何模型为第一多边形，所述障碍物的平面几何模型为第二多边形，所述根据所述手抓的平面几何模型、所述手抓的平面几何模型的位置信息、障碍物的平面几何模型和所述障碍物的平面几何模型的位置信息，获得所述手抓相对于所述障碍物的距离和方向，包括：将所述第一多边形向基准线投影获得第三参考线段，将所述第二多边形向所述基准线投影获得第四参考线段；其中，所述基准线为所述第一多边形的一条边的中垂线或者所述第二多边形的一条边的中垂线；将所述第三参考线段的两个端点与所述第四参考线段的两个端点中任意两个端点之间的距离的最小值确定为投影距离，根据所述投影距离对应的两个端点确定投影方向，所述投影方向指示了所述手抓远离所述障碍物的方向；对于所述第一多边形的P条基准线和所述第二多边形的Q条基准线中的每条基准线，重复执行上述步骤获得P+Q个投影距离和P+Q个投影方向；其中，P、Q均为大于1的整数；将所述P+Q个投影距离中的最小值确定为所述手抓相对于所述障碍物的距离，将所述P+Q个投影距离中的最小值对应的投影方向确定为所述手抓相对于所述障碍物的方向。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将所述第三参考线段的两个端点与所述第四参考线段的两个端点中任意两个端点之间的距离的最小值确定为投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨开红，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44