基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法，所述工业机器人手臂具有M个关节，从工业机器人手臂的基座开始，将M个关节依顺定义为第一个关节至第M个关节。本发明专利技术依靠摄像机和依附在机械臂上的二维码AprilTag，如果机械臂发生故障，在某个关节损坏的情况下，用摄像机和二维码观测计算出损坏关节的损坏角度，依靠别的关节的适应变动，使机械臂的手部依旧可以到达指定空间位置，继续完成工作。

Control method of fault-tolerant self-tuning industrial robot arm based on two-dimensional code

【技术实现步骤摘要】
基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法
本专利技术涉及一种工业机器人手臂的控制方法。
技术介绍
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。在现在工业体系中，工业机器人占据了很大的市场。在全球范围内，2015年全球工业机器人销量为24.8万台，同比增长12％，随着人力成本的逐渐上升以及品质要求的提升，工业机器人正逐步取代人力，成为生产中的重要自动化装备。自2013年以来，中国已成为全球工业机器人最大的消费国。据中商产业研究院《2016-2021年中国工业机器人市场调研及前景预测报告》显示，2014年中国工业机器人销量约为5.7万台，同比增长56.2％，占全球总销量的1/4。在工业机器人中，工业机械臂更为广泛地应用于流水线上。但是由于其高强度的工作，有些关节难免会出现故障。但是一旦在一条流水线上有一台机械臂出现故障，没有办法完成任务，那么一般来说工厂会停下整条流水线进行维修。但是这么做的话，每分钟大约会损失200000RMB，这是极大的损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使得某个关节损坏的工业机械臂能够正常工作的方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法，所述工业机器人手臂具有M个关节，从工业机器人手臂的基座开始，将M个关节依顺定义为第一个关节至第M个关节，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1、在工业机器人手臂的第M个关节上固定AprilTag，利用摄像机拍摄工业机器人手臂的正常工作区域；步骤2、若工业机器人手臂的第k个关节在工作过程中发生损坏，工业机器人手臂停止运动，获取当前位置下，从摄像机所在位置到AprilTag所在位置的转换矩阵CQRT，则计算得到当前位置下第k-1个关节到第k个关节的转换矩阵(k-1)kT′，则有：(k-1)kT′＝(k-1)(k-2)T×(k-2)(k-3)T×...×21T×1BT×BCT×CQRT×QRET×E(M-1)T×(M-1)(M-2)T×...×(k+1)kT式中，(k-1)(k-2)T表示第k-1个关节到第k-2个关节的转换矩阵，(k-2)(k-3)T表示第k-2个关节到第k-3个关节的转换矩阵，21T表示第2个关节到第1个关节的转换矩阵，1BT表示第1个关节到工业机器人手臂的基座的转换矩阵，BCT表示工业机器人手臂的基座到摄像机的转换矩阵，QRET表示AprilTag到工业机器人手臂的转换矩阵，E(M-1)T表示工业机器人手臂到第M-1个关节的转换矩阵，(M-1)(M-2)T表示第M-1个关节到第M-2个关节的转换矩阵，(k+1)kT表示第k+1个关节到第k个关节的转换矩阵；步骤3、利用转换矩阵(k-1)kT′中第一行第一项cosθn和第二行第一项sinθn的值计算得到损坏角度θn的值；步骤4、工业机器人手臂回归到初始位置，将第k个关节的角度值用步骤3计算得到的损坏角度θn的值替换与其他剩余M-1个关节的角度值相结合；步骤5、根据M个相应的连杆的属性结合上一步得到M个角度值，得到M个转换矩阵，从基坐标依次将M个矩阵相乘，得到从基坐标到工业机器人手臂的当前的转换矩阵，把当前的转换矩阵和目标的转换矩阵相减得到12个式子，把这些式子分别对M个关节的角度求偏导得到雅可比矩阵，用牛顿迭代法算出新的M个关节的角度值；步骤6、工业机器人手臂的M个关节依据计算得到的角度值动作后，若工业机器人手臂未达到目标位置，则返回步骤5，直到工业机器人手臂达到目标位置。本专利技术依靠摄像机和依附在机械臂上的二维码AprilTag，如果机械臂发生故障，在某个关节损坏的情况下，用摄像机和二维码观测计算出损坏关节的损坏角度，依靠别的关节的适应变动，使机械臂的手部依旧可以到达指定空间位置，继续完成工作。附图说明图1为本专利技术的模型图；图2为本专利技术的算法流程图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术一种基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法，所述工业机器人手臂具有6个关节，从工业机器人手臂的基座开始，将6个关节依顺定义为第一个关节至第6个关节，则所述控制方法包括以下步骤：步骤1、在工业机器人手臂的第6个关节上固定AprilTag，利用摄像机拍摄工业机器人手臂的正常工作区域；步骤2、若工业机器人手臂的第k个关节在工作过程中发生损坏，工业机器人手臂停止运动，获取当前位置下，从摄像机所在位置到AprilTag所在位置的转换矩阵CQRT，则计算得到当前位置下第k-1个关节到第k个关节的转换矩阵(k-1)kT′，则有：(k-1)kT′＝(k-1)(k-2)T×(k-2)(k-3)T×...×21T×1BT×BCT×CQRT×QRET×E5T×54T×...×(k+1)kT式中，(k-1)(k-2)T表示第k-1个关节到第k-2个关节的转换矩阵，(k-2)(k-3)T表示第k-2个关节到第k-3个关节的转换矩阵，21T表示第2个关节到第1个关节的转换矩阵，1BT表示第1个关节到工业机器人手臂的基座的转换矩阵，BCT表示工业机器人手臂的基座到摄像机的转换矩阵，QRET表示AprilTag到工业机器人手臂的转换矩阵，E5T表示工业机器人手臂到第5个关节的转换矩阵，54T表示第5个关节到第4个关节的转换矩阵，(k+1)kT表示第k+1个关节到第k个关节的转换矩阵；假设第5个关节损坏，则有：45T’＝43T×32T×21T×1BT×BCT×CQRT×QRET×E5T。步骤3、利用转换矩阵(k-1)kT′中第一行第一项cosθn和第二行第一项sinθn的值计算得到损坏角度θn的值；步骤4、工业机器人手臂回归到初始位置，将第k个关节的角度值用步骤3计算得到的损坏角度θn的值替换与其他剩余5个关节的角度值相结合；步骤5、根据6个相应的连杆的属性结合上一步得到6个角度值，得到6个转换矩阵，从基坐标依次将6个矩阵相乘，得到从基坐标到工业机器人手臂的当前的转换矩阵，把当前的转换矩阵和目标的转换矩阵相减得到12个式子，把这些式子分别对6个关节的角度求偏导得到雅可比矩阵，用牛顿迭代法算出新的6个关节的角度值；步骤6、工业机器人手臂的6个关节依据计算得到的角度值动作后，若工业机器人手臂未达到目标位置，则返回步骤5，直到工业机器人手臂达到目标位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法，所述工业机器人手臂具有M个关节，从工业机器人手臂的基座开始，将M个关节依顺定义为第一个关节至第M个关节，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1、在工业机器人手臂的第M个关节上固定AprilTag，利用摄像机拍摄工业机器人手臂的正常工作区域；步骤2、若工业机器人手臂的第k个关节在工作过程中发生损坏，工业机器人手臂停止运动，获取当前位置下，从摄像机所在位置到AprilTag所在位置的转换矩阵CQRT，则计算得到当前位置下第k‑1个关节到第k个关节的转换矩阵(k‑1)kT′，则有：(k‑1)kT′＝(k‑1)(k‑2)T×(k‑2)(k‑3)T×...×21T×1BT×BCT×CQRT×QRET×E(M‑1)T×(M‑1)(M‑2)T×...×(k+1)kT式中，(k‑1)(k‑2)T表示第k‑1个关节到第k‑2个关节的转换矩阵，(k‑2)(k‑3)T表示第k‑2个关节到第k‑3个关节的转换矩阵，21T表示第2个关节到第1个关节的转换矩阵，1BT表示第1个关节到工业机器人手臂的基座的转换矩阵，BCT表示工业机器人手臂的基座到摄像机的转换矩阵，QRET表示AprilTag到工业机器人手臂的转换矩阵，E(M‑1)T表示工业机器人手臂到第M‑1个关节的转换矩阵，(M‑1)(M‑2)T表示第M‑1个关节到第M‑2个关节的转换矩阵，(k+1)kT表示第k+1个关节到第k个关节的转换矩阵；步骤3、利用转换矩阵(k‑1)kT′中第一行第一项cosθn和第二行第一项sinθn的值计算得到损坏角度θn的值；步骤4、工业机器人手臂回归到初始位置，将第k个关节的角度值用步骤3计算得到的损坏角度θn的值替换与其他剩余M‑1个关节的角度值相结合；步骤5、根据M个相应的连杆的属性结合上一步得到M个角度值，得到M个转换矩阵，从基坐标依次将M个矩阵相乘，得到从基坐标到工业机器人手臂的当前的转换矩阵，把当前的转换矩阵和目标的转换矩阵相减得到12个式子，把这些式子分别对M个关节的角度求偏导得到雅可比矩阵，用牛顿迭代法算出新的M个关节的角度值；步骤6、工业机器人手臂的M个关节依据计算得到的角度值动作后，若工业机器人手臂未达到目标位置，则返回步骤5，直到工业机器人手臂达到目标位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二维码的容错自校正工业机器人手臂控制方法，所述工业机器人手臂具有M个关节，从工业机器人手臂的基座开始，将M个关节依顺定义为第一个关节至第M个关节，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1、在工业机器人手臂的第M个关节上固定AprilTag，利用摄像机拍摄工业机器人手臂的正常工作区域；步骤2、若工业机器人手臂的第k个关节在工作过程中发生损坏，工业机器人手臂停止运动，获取当前位置下，从摄像机所在位置到AprilTag所在位置的转换矩阵CQRT，则计算得到当前位置下第k-1个关节到第k个关节的转换矩阵(k-1)kT′，则有：(k-1)kT′＝(k-1)(k-2)T×(k-2)(k-3)T×...×21T×1BT×BCT×CQRT×QRET×E(M-1)T×(M-1)(M-2)T×...×(k+1)kT式中，(k-1)(k-2)T表示第k-1个关节到第k-2个关节的转换矩阵，(k-2)(k-3)T表示第k-2个关节到第k-3个关节的转换矩阵，21T表示第2个关节到第1个关节的转换矩阵，1BT表示第1个关节到工业机器人手臂的基座的转换矩阵，BC...

【专利技术属性】
技术研发人员：安老板，张亦正，朱望舒，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31