多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机技术方案

本发明专利技术属于工业机器人技术领域，公开了一种多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机，建立坐标系；进行建立的坐标系之间的变换，将坐标点的参考系由上一个转换为下一个，确认末端点的位置坐标；确定ID6190旋转模块的旋转角度，使得机械手臂正向面对目标点，求解个各选转模块的旋转角度；通过对轨迹进行微分，逐段求解，然后通过调用机械手臂底层的控制接口实现整个联动控制过程；使用自带的EV‑MRobot三维仿真系统和Matlab的机器人工具箱，显示七自由度机械手臂的位姿。本发明专利技术避免机械臂出现同一空间坐标对应多个位姿的解；在联动运动过程进行优化，提高机械手臂联动的稳定性，减少抖动。

Control system, method, storage medium and computer of multi DOF Manipulator

【技术实现步骤摘要】
多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机
本专利技术属于工业机器人
，尤其涉及一种多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机。
技术介绍
目前在工业机器人领域中，广泛应用的机械手臂多是四自由度的。多自由度机械手臂在实际运用中普及度不高，存在求解复杂、联动运动抖动等问题。综上所述，现有技术存在的问题是：目前多自由度机械手臂存在求解复杂、联动运动抖动。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机。本专利技术是这样实现的，一种多自由度机械手臂控制方法，所述多自由度机械手臂控制方法包括以下步骤：第一步，统一3轴设置、统一坐标系建立坐标系；进行坐标系之间的变换，将坐标点的参考系由上一个转换为下一个，通过坐标系的叠加推导出末端点坐标方程组，确认末端点的位置坐标。推导过程详见表1，最终末端点位置方程组：在X轴上的等式：X＝(-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3))*cos(a)-(-((-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*cos(b)-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*sin(a)在Y轴上的等式：Y＝(-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3))*sin(a)+(-((-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*cos(b)-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*cos(a)在z轴上的等式：z＝(-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*sin(b)+((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*cos(b)+L2+L1。表1表1：坐标解析推导过程第二步，确定ID6190旋转模块的旋转角度，使得机械手臂正向面对目标点，求解个各选转模块的旋转角度；空间定位逆推策略，分为两种：“分步法”、“分段法”。分步法，将整个空间定位逆推过程分为“初步定位”和“精确定位”两步，初步定位过程完成机械手臂逼近目标点的过程，通过ID6190、ID6191旋转模块实现面对和相切像个环节，之后精确定位过程是实现剩余一个半径长度的空间距离的定位过程，通过ID6193、ID6194旋转模块调整长度，达到目标点。流程如图9分步法逆推策略流程图所示。具体实现过程2)初步定位1：根据末端手爪的位置点在XoY平面上的投影点P(X,Y)，通过三角关系，确定ID6190旋转模块的旋转角度：使得机械手臂正向面对目标点，如图10初步定位1示意图。初步定位2：获取末端手爪的位置点与基坐标原点距离，设置以末端手爪的位置点为球心，固定长度为半径的球面，然后通过空间位置关系确定ID6191旋转模块的旋转角度：e＝d-c即：使得整个机械手臂与该球面相切，切点为ID6193的旋转中心，如图11初步定位2示意图。3)精确定位：根据末端点位置方程组，带入已知旋转角度，得到三元二次方程组，用于控制机械手臂完成剩下一个半径长度的空间距离的定位，然后调用Matlab的solve()接口求解来获取ID6193、ID6194、ID6196旋转模块的旋转角度，最终实现逆推策略。如图12精确定位示意图。设ID6193、ID6194、ID6196旋转模块的角度分别为d、f、e，可以列出方程组：X＝(-(L7+L8)*sin(f)*sin(e))*cos(a)-(-((-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*sin(d)))*cos(b)-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*sin(a)Y＝(-(L7+L8)*sin(f)*sin(e))*sin(a)+(-((-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*sin(d)))*cos(b)-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*cos(a)z＝(-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*sin(d)))*sin(b)+((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*cos(b)+L2+L1其中Li为各个旋转模块旋转中心之间的距离，a、b、c、g分别为ID6190、ID6191、ID6192、ID6195的旋转模块角度，都为常数。最后调用Matlab的solve()接口求解，从而得到全部模块的旋转角度，最终实现整个“分步法”逆推策略算法的实现。进一步，分段法，首先是控制七自由度机械手臂，使其正向面对目标点位置，之后根据末端手爪的位置点与ID6191模块旋转中心的距离进行分区间分析，在各个区间内，控制某个旋转模块的旋转相应的角度，从而依次计算出剩余旋转模块的旋转角度。最后实现整个空间定位逆推算法。流程如图13分段法逆推流程图所示。具体包括：1)对末端手爪的位置点坐标进行投影到XOY平面上，得到相应的X,Y坐标，确定ID6190的旋转角度，控制机械手臂运动，使得整个机械手臂转到正向面对目标点的位置。与分步法的第一步一致。2)根据末端手爪的位置点与ID6191模块旋转中心的距离进行分段分析，若在min到m1区间内，控制ID6194旋转模块为90°，然后根据空间位置关系，求解出ID6193和ID6191的旋转角度。若在m1到maX区间内，获取ID619本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度机械手臂控制方法，其特征在于，所述多自由度机械手臂控制方法包括以下步骤：/n第一步，统一3轴设置、统一坐标系建立坐标系；进行坐标系之间的变换，将坐标点的参考系由上一个转换为下一个，通过坐标系的叠加推导出末端点坐标方程组，确认末端点的位置坐标；/n第二步，确定ID6190旋转模块的旋转角度，使得机械手臂正向面对目标点，求解个各选转模块的旋转角度；/n第三步，通过对轨迹进行微分，逐段求解，然后通过调用机械手臂底层的控制接口MoveWithVel()和MoveToPos()实现整个联动控制过程，最后借助3D仿真系统验证正确性；/n第四步，使用自带的EV-MRobot三维仿真系统和Matlab的机器人工具箱，显示七自由度机械手臂的位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种多自由度机械手臂控制方法，其特征在于，所述多自由度机械手臂控制方法包括以下步骤：
第一步，统一3轴设置、统一坐标系建立坐标系；进行坐标系之间的变换，将坐标点的参考系由上一个转换为下一个，通过坐标系的叠加推导出末端点坐标方程组，确认末端点的位置坐标；
第二步，确定ID6190旋转模块的旋转角度，使得机械手臂正向面对目标点，求解个各选转模块的旋转角度；
第三步，通过对轨迹进行微分，逐段求解，然后通过调用机械手臂底层的控制接口MoveWithVel()和MoveToPos()实现整个联动控制过程，最后借助3D仿真系统验证正确性；
第四步，使用自带的EV-MRobot三维仿真系统和Matlab的机器人工具箱，显示七自由度机械手臂的位姿。


2.如权利要求1所述的多自由度机械手臂控制方法，其特征在于，所述第一步末端点位置方程组包括：
在X轴上的等式：
X＝(-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3))*cos(a)-(-((-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*cos(b)-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*sin(a)；
在Y轴上的等式：
Y＝(-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3))*sin(a)+(-((-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*cos(b)-((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*cos(a)；
在z轴上的等式：
z＝(-(((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*sin(d))*cos(c)-((L8+L7)*sin(f)*sin(e))*sin(c)))*sin(b)+((L8+L7)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L8+L7)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*cos(b)+L2+L1。


3.如权利要求1所述的多自由度机械手臂控制方法，其特征在于，所述第二步求解个各选转模块的旋转角度中，采用空间定位逆推策略，包括：
分步法，将整个空间定位逆推过程分为初步定位和精确定位，初步定位过程完成机械手臂逼近目标点的过程，通过ID6190、ID6191旋转模块实现面对和相切像个环节，之后精确定位过程是实现剩余一个半径长度的空间距离的定位过程，通过ID6193、ID6194旋转模块调整长度，达到目标点；
分段法，首先是控制七自由度机械手臂，使正向面对目标点位置，之后根据末端手爪的位置点与ID6191模块旋转中心的距离进行分区间分析，在各个区间内，控制某个旋转模块的旋转相应的角度，从而依次计算出剩余旋转模块的旋转角度；最后实现整个空间定位逆推算法。


4.如权利要求3所述的多自由度机械手臂控制方法，其特征在于，所述分步法具体包括：1)初步定位1：根据末端手爪的位置点在XoY平面上的投影点P(X,Y)，通过三角关系，确定ID6190旋转模块的旋转角度：



使得机械手臂正向面对目标点；
初步定位2：获取末端手爪的位置点与基坐标原点距离，设置以末端手爪的位置点为球心，固定长度为半径的球面，然后通过空间位置关系确定ID6191旋转模块的旋转角度：
e＝d-c
即：



使得整个机械手臂与该球面相切，切点为ID6193的旋转中心；
1)精确定位：根据末端点位置方程组，带入已知旋转角度，得到三元二次方程组，用于控制机械手臂完成剩下一个半径长度的空间距离的定位，然后调用Matlab的solve()接口求解来获取ID6193、ID6194、ID6196旋转模块的旋转角度，最终实现逆推策略；
ID6193、ID6194、ID6196旋转模块的角度分别为d、f、e，列出方程组：
X＝(-(L7+L8)*sin(f)*sin(e))*cos(a)-(-((-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*sin(d)))*cos(b)-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*sin(d)+((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*cos(d)+L4+L3)*sin(b)))*sin(a)；
Y＝(-(L7+L8)*sin(f)*sin(e))*sin(a)+(-((-((L7+L8)*sin(f)*cos(e)*cos(d)-((L7+L8)*cos(f)+L6+L5)*sin...

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，郭芳泽，吴定都，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35