本发明专利技术提供一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法及装置，方法通过获取运行控制指令，运行控制指令包括目标路径曲线和/或手动操作信号；基于目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动；和/或，基于手动操作信号和末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，通过蛇形臂关节与目标路径曲线进行贴合，实现了高冗余度蛇形机械臂的运动规划，实现了蛇形机械臂关节沿着目标路径曲线运动的功能，通过运动学模型的解析不断记录末端关节的关键姿态，同时结合蛇形机械臂的结构特点，还可通过人来操控末端关节，其他关节自动跟随末端的蛇形臂运动功能，更加灵活的实现了对高冗余度蛇形机械臂的运动控制。臂的运动控制。臂的运动控制。
【技术实现步骤摘要】
高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法及装置
[0001]本专利技术涉及机器人控制
，尤其涉及一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法及装置。
技术介绍
[0002]在航空制造、电厂维护、船舶焊接、电气检修等领域有着大量的狭窄封闭作业场景，传统的工业机械臂和移动机器人无法进入此类空间，制约着相关行业的制造水平和作业效率。
[0003]目前高冗余度蛇形机器人由于具有机械臂长径比大，关节数多，高自由度等特点，因此拥有较高的灵活性和较好的避障能力，适合用在各种狭小复杂空间进行作业，但同时高自由度关节和大长径比机械臂使其在控制方面存在着诸多难题。随着高冗余度蛇形机械臂自由度的增多，其运动控制会逐渐变得复杂，其运动方程会从唯一解变为多解。
[0004]因此，如何规划过多的自由度以实现操纵蛇形机械臂进行灵活作业成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法及装置，用以解决现有技术中蛇形机械臂控制繁琐的缺陷，完成灵活的操纵蛇形机械臂的运动。
[0006]本专利技术提供一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，包括：
[0007]获取运行控制指令，所述运行控制指令包括目标路径曲线和/或手动操作信号；
[0008]基于所述目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动；和/或，基于所述手动操作信号和末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动。
[0009]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述基于所述目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，包括：
[0010]确定蛇形机械臂的初始状态和单次行进步长；
[0011]根据所述初始状态、所述单次行进步长和曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂进行与所述目标路径曲线的曲线匹配，得到所述蛇形机械臂每个关节的当前姿态，并确定每个所述关节的关节角度；
[0012]若所述蛇形机械臂的末端关节未到达所述目标路径曲线的终点，则循环执行曲线匹配，直至所述蛇形机械臂的末端关节到达所述目标路径曲线的终点；
[0013]根据所述蛇形机械臂的末端关节到达所述目标路径曲线的终点时对应的每个关节的关节角度，生成关节角度序列；
[0014]基于所述关节角度序列，控制所述蛇形机械臂按照所述目标路径曲线运动。
[0015]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述确定
蛇形机械臂的初始状态和单次行进步长，包括：
[0016]根据所述蛇形机械臂末端关节位置和转盘半径，进行曲线贴合，获取机器人的初始状态，所述初始状态包括：固定座长度、各关节长度和转盘半径；
[0017]根据所述固定座长度、所述各关节长度和所述转盘半径，确定转盘角度；
[0018]根据所述转盘角度和转盘半径，确定单次行进步长。
[0019]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述根据所述初始状态、所述单次行进步长和曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂进行与所述目标路径曲线的曲线匹配，包括：
[0020]根据所述初始状态和所述单次行进步长，确定待匹配关节编号；
[0021]按照所述待匹配关节编号由小到大的顺序，利用曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂依次进行与所述目标路径曲线的曲线匹配。
[0022]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述确定每个所述关节的关节角度，包括：
[0023]基于几何规则，确定所述蛇形机械臂的每个关节的铰接点的坐标；
[0024]根据所述每个关节的铰接点的坐标，确定每个所述关节的关节角度。
[0025]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述基于所述手动操作信号和末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，包括：
[0026]确定所述手动操作信号的类别，所述类别包括：转向信号、前进信号和后退信号中的至少一种；
[0027]根据所述转向信号、所述前进信号或所述后退信号，利用末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动。
[0028]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述根据所述前进信号，利用末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，包括：
[0029]当所述蛇形机械臂的转向状态标识符为否时，通过蛇形机械臂运动学模型对所述蛇形机械臂各个关节的绝对姿态进行解算，得到所述各个关节铰接点在基坐标系下的位置坐标和绝对姿态坐标；
[0030]确定关节的中点通过蛇形机械臂关键姿态记录空间中任一关键点的目标关节；
[0031]基于所述蛇形机械臂运动学模型，解算从所述目标关节的位置坐标和绝对姿态坐标到所述蛇形机械臂关键姿态记录空间中的关键点对应关节姿态坐标的运动距离；
[0032]根据所述关节姿态坐标的运动距离，控制所述蛇形机械臂的末端执行前进操作。
[0033]根据本专利技术提供的一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，所述根据所述后退信号，利用末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，包括：
[0034]通过蛇形机械臂运动学模型对所述蛇形机械臂各个关节的绝对姿态进行解算，得到所述各个关节铰接点在基坐标系下的位置坐标和绝对姿态坐标；
[0035]确定关节的中点通过蛇形机械臂关键姿态记录空间中任一关键点的目标关节；
[0036]基于所述蛇形机械臂运动学模型，解算从所述目标关节的位置坐标和绝对姿态坐标到所述蛇形机械臂关键姿态记录空间中的关键点对应关节姿态上一姿态坐标的运动距离；
[0037]根据所述关节姿态上一姿态坐标的运动距离，控制所述蛇形机械臂的末端执行后
退操作。
[0038]本专利技术还提供一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制装置，包括：
[0039]获取模块，用于获取运行控制指令，所述运行控制指令包括目标路径曲线和/或手动操作信号；
[0040]控制模块，用于基于所述目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动；和/或，基于所述手动操作信号和末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动。
[0041]本专利技术还提供一种蛇形机器人，包括采用如上述任一项所述的高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法控制蛇形机械臂的运动。
[0042]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法的步骤。
[0043]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法的步骤。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，其特征在于，包括：获取运行控制指令，所述运行控制指令包括目标路径曲线和/或手动操作信号；基于所述目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动；和/或，基于所述手动操作信号和末端姿态记录规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动。2.根据权利要求1所述的高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，其特征在于，所述基于所述目标路径曲线指令和曲线贴合的末端跟随规则，控制蛇形机械臂的末端跟随运动，包括：确定蛇形机械臂的初始状态和单次行进步长；根据所述初始状态、所述单次行进步长和曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂进行与所述目标路径曲线的曲线匹配，得到所述蛇形机械臂每个关节的当前姿态，并确定每个所述关节的关节角度；若所述蛇形机械臂的末端关节未到达所述目标路径曲线的终点，则循环执行曲线匹配，直至所述蛇形机械臂的末端关节到达所述目标路径曲线的终点；根据所述蛇形机械臂的末端关节到达所述目标路径曲线的终点时对应的每个关节的关节角度，生成关节角度序列；基于所述关节角度序列，控制所述蛇形机械臂按照所述目标路径曲线运动。3.根据权利要求2所述的高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，其特征在于，所述确定蛇形机械臂的初始状态和单次行进步长，包括：根据所述蛇形机械臂末端关节位置和转盘半径，进行曲线贴合，获取机器人的初始状态，所述初始状态包括：固定座长度、各关节长度和转盘半径；根据所述固定座长度、所述各关节长度和所述转盘半径，确定转盘角度；根据所述转盘角度和转盘半径，确定单次行进步长。4.根据权利要求2所述的高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，其特征在于，所述根据所述初始状态、所述单次行进步长和曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂进行与所述目标路径曲线的曲线匹配，包括：根据所述初始状态和所述单次行进步长，确定待匹配关节编号；按照所述待匹配关节编号由小到大的顺序，利用曲线贴合的末端跟随规则对所述蛇形机械臂依次进行与所述目标路径曲线的曲线匹配。5.根据权利要求4所述的高冗余度蛇形机械臂的末端跟随运动控制方法，其特征在于，所述确定每个所述关节的关节角度，包括：基于几何规则，确定所述蛇形机械臂的每个关节的铰接点的坐标；根据所述每个关节的铰接点的坐标，确定每个所述关节的关节角度。6.根据权利要求1所述的高冗余...
【专利技术属性】
技术研发人员：章澳顺，李恩，郭锐，刘佳鑫，梁自泽，罗明睿，李勇，李笋，李胜川，周桂平，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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