机械臂夹持控制方法、装置、机器人和可读存储介质制造方法及图纸

本申请实施例提供一种机械臂夹持控制方法、装置、机器人和可读存储介质，该方法包括：获取机械臂执行夹持任务时的实际运动状态，所述实际运动状态包括各个优先级子任务的实际值；根据对应优先级子任务的期望值和实际值计算对应优先级子任务的任务控制量；按照优先级由高到低的顺序，依次根据对应优先级子任务的任务控制量进行逆运动学优化求解，得到所需的目标关节控制量；根据该目标关节控制量对物体进行夹持控制。该方法能够在机械臂执行夹持任务时，尤其是受到外力扰动等情况下，可以保证优先执行在夹持过程中更为重要的子任务，如稳定夹持物体等。定夹持物体等。定夹持物体等。

【技术实现步骤摘要】
机械臂夹持控制方法、装置、机器人和可读存储介质


[0001]本申请涉及机器人控制
，尤其涉及一种机械臂夹持控制方法、装置、机器人和可读存储介质。

技术介绍

[0002]相较于常见的单机械臂平台，双臂机器人在灵活性、负载能力以及工作空间上存在明显的优势，更适用于执行更为复杂的操作任务。在实际应用场景中，比如双臂搬运箱子、端托盘等任务，常需要机器人双臂协同操作完成任务。在这个任务中，我们需要保证夹持物体的稳定不滑落，并同时控制夹持物体执行期望的运动轨迹。目前，常见的方法主要是基于抓取矩阵对物体受力进行内外力分解后，分别对二者进行控制以后，再映射到机械臂关节控制。然而，当机器人处于餐馆、商店、机场等复杂环境中，可能会受到来自周围的人或者环境的干扰或撞击，或是机械臂处于自身运动和力性能的边界上，在这种极端情况下，原先的稳定夹持物体和物体运动轨迹任务无法完全执行，此时基于抓取矩阵分解的控制器就失效了，且产生的碰撞力可能导致机械臂的损坏或对周围的人或物造成伤害。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种机械臂夹持控制方法、装置、机器人和可读存储介质，可以在机械臂执行夹持任务时，能够保证优先执行在夹持过程中更为重要的子任务，实现低优先级的子任务求解不影响高优先级的求解结果，从而保证了严格的分层执行效果等。
[0004]第一方面，本申请实施例提供一种机械臂夹持控制方法，包括：
[0005]获取机器人执行夹持任务时的实际运动状态，所述实际运动状态包括各个优先级子任务的实际值；
[0006]根据对应优先级子任务的期望值和所述实际值计算对应优先级子任务在任务空间的任务控制量；
[0007]按照优先级由高到低的顺序，依次根据对应优先级子任务的所述任务控制量进行逆运动学优化求解，得到所需的目标关节控制量；其中，在先得到的各个优先级子任务的关节控制量用于作为求解下一优先级子任务的关节控制量的约束条件，将最低优先级子任务的关节控制量作为所述目标关节控制量；
[0008]根据所述目标关节控制量对被夹物体进行夹持控制。
[0009]在一些实施例中，所述多个优先级子任务包括三个，分别是优先级由高到低的物体稳定夹持控制子任务、物体运动控制子任务以及所述机器人的关节运动控制子任务。
[0010]在一些实施例中，所述物体稳定夹持控制子任务的任务控制量的获取，包括：
[0011]根据所述机器人的机械臂产生的实际夹持内力与期望夹持力之间的偏差、物体在夹持内空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在夹持内空间的期望速度，计算得到用于稳定夹持的速度控制量。
[0012]在一些实施例中，所述物体运动控制子任务的任务控制量的获取，包括：
[0013]根据物体受到的实际合外力与期望合外力之间的偏差、物体在世界坐标空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在世界坐标空间的期望速度，计算得到用于控制物体运动的速度控制量。
[0014]在一些实施例中，所述机器人的关节运动控制子任务的任务控制量的获取，包括：
[0015]根据所述机器人各关节受到的外力矩、各关节在关节空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在关节空间的期望速度，计算得到用于控制关节空间运动的速度控制量。
[0016]在一些实施例中，所述机器人的机械臂产生的实际夹持内力的计算，包括：
[0017]通过所述机器人的双臂末端各自设置的传感器分别获得第一臂和第二臂末端在各自坐标系下受到的作用力；
[0018]根据第一臂坐标系与第二臂坐标系的坐标变换矩阵、及所述第二臂坐标系下的所述作用力，计算得到转换到所述第一臂坐标系下的第一转换作用力；
[0019]根据所述第一臂坐标系下的所述作用力和所述第一转换作用力，计算得到机械臂产生的实际夹持内力。
[0020]在一些实施例中，所述物体受到的实际合外力的获取，包括：
[0021]根据所述第一臂坐标系与世界坐标系的坐标变换矩阵、及所述第一臂坐标系下的作用力，计算得到转换到世界坐标系下的第二作用力；
[0022]根据所述第二臂坐标系与世界坐标系的坐标变换矩阵、及所述第二臂坐标系下的作用力，计算得到转换到世界坐标系下的第三作用力；
[0023]根据所述第二作用力和所述第三作用力，计算得到所述物体受到的实际合外力。
[0024]基于机器人逆运动学，每个优先级子任务预先构建有对应的关节控制指令优化函数，以用于求解对应子任务的最优关节控制量；
[0025]其中，每个优先级子任务的所述关节控制指令优化函数均以关节速度为优化变量且约束条件包括所述机器人满足的关节物理约束。
[0026]在一些实施例中，所述多个优先级子任务包括优先级最高的物体稳定夹持控制子任务，所述物体稳定夹持控制子任务的关节控制指令优化函数如下：
[0027][0028][0029]其中，E＝
‑
J1+J2；
[0030]其中，表示所述物体稳定夹持控制子任务的最优关节控制量；argmin‖‖2表示在约束条件范围内寻找使目标的二范数最小的函数；b
m
和b
M
分别表示所述机器人满足的关节物理约束的上边界和下边界；表示关节速度；表示所述物体稳定夹持控制子任务的任务控制量；J1和J2分别表示所述机器人的双臂末端的速度雅克比矩阵。
[0031]在一些实施例中，所述多个优先级子任务包括优先级次高的物体运动控制子任务，所述物体运动控制子任务的关节控制指令优化函数如下：
[0032][0033][0034][0035]其中，
[0036]其中，和分别表示所述物体运动控制子任务的最优关节控制量和任务控制量。
[0037]在一些实施例中，所述多个优先级子任务包括优先级最低的关节运动控制子任务，所述关节运动控制子任务的关节控制指令优化函数如下：
[0038][0039][0040][0041][0042]其中，和分别表示所述关节运动控制子任务的最优关节控制量和任务控制量。
[0043]第二方面，本申请实施例还提供一种机械臂夹持控制装置，包括：
[0044]状态获取模块，用于获取机器人执行夹持任务时的实际运动状态，所述实际运动状态包括各个优先级子任务相应的实际值；
[0045]计算模块，用于根据对应优先级子任务的期望值和所述实际值计算对应优先级子任务在任务空间的任务控制量；
[0046]优化求解模块，用于按照优先级由高到低的顺序，依次根据对应优先级子任务的所述任务控制量进行逆运动学优化求解，得到所需的目标关节控制量；其中，在先得到的各个优先级子任务的关节控制量用于作为求解下一优先级子任务的关节控制量的约束条件，将最低优先级子任务的关节控制量作为所述目标关节控制量；
[0047]关节控制模块，用于根据所述目标关节控制量对被夹物体进行夹持控制。
[0048]第三方面，本申请实施例还提供一种机器人，所述机器人包括至少两条机械臂、处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂夹持控制方法，其特征在于，包括：获取机器人执行夹持任务时的实际运动状态，所述实际运动状态包括多个优先级子任务的实际值；根据对应优先级子任务的期望值和所述实际值计算对应优先级子任务在任务空间的任务控制量；按照优先级由高到低的顺序，依次根据对应优先级子任务的所述任务控制量进行逆运动学优化求解，得到所需的目标关节控制量；其中，在先得到的各个优先级子任务的关节控制量用于作为求解下一优先级子任务的关节控制量的约束条件，将最低优先级子任务的关节控制量作为所述目标关节控制量；根据所述目标关节控制量对被夹物体进行夹持控制。2.根据权利要求1所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述多个优先级子任务包括三个，分别是优先级由高到低的物体稳定夹持控制子任务、物体运动控制子任务以及所述机器人的关节运动控制子任务。3.根据权利要求2所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述物体稳定夹持控制子任务的任务控制量的获取，包括：根据所述机器人的机械臂产生的实际夹持内力与期望夹持力之间的偏差、物体在夹持内空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在夹持内空间的期望速度，计算得到用于稳定夹持的速度控制量。4.根据权利要求3所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述物体运动控制子任务的任务控制量的获取，包括：根据物体受到的实际合外力与期望合外力之间的偏差、物体在世界坐标空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在世界坐标空间的期望速度，计算得到用于控制物体运动的速度控制量。5.根据权利要求2所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述机器人的关节运动控制子任务的任务控制量的获取，包括：根据所述机器人各关节受到的外力矩、各关节在关节空间的实际位置与期望位置之间的偏差、以及在关节空间的期望速度，计算得到用于控制关节空间运动的速度控制量。6.根据权利要求3所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述机器人的机械臂产生的实际夹持内力的计算，包括：通过所述机器人的双臂末端各自设置的传感器分别获得第一臂和第二臂末端在各自坐标系下受到的作用力；根据第一臂坐标系与第二臂坐标系的坐标变换矩阵、及所述第二臂坐标系下的所述作用力，计算得到转换到所述第一臂坐标系下的第一转换作用力；根据所述第一臂坐标系下的所述作用力和所述第一转换作用力，计算得到双臂产生的实际夹持内力。7.根据权利要求6所述的机械臂夹持控制方法，其特征在于，所述物体受到的实际合外力的获取，包括：根据所述第一臂坐标系与世界坐标系的坐标变换矩阵、及所述第一臂坐标系下的作用力，计算得到转换到世界坐标系下的第二作用力；
根据所述第二臂坐标系与世界坐标系的坐标变换矩阵、及所述第二臂坐标系下的作用力，计算得到转换到世界坐标系下的第三作用力；根据所述第二作用力和所述第三作用力，计算得到所述物体受到的实际合外力。8.根据权利要求1所述的机械臂夹持控...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄荔群，任晓雨，熊友军，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：