一种机器人腕关节奇异规避方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种机器人腕关节奇异规避方法及系统，可应用于要求工作空间较大，且要求轨迹严格服从位置和时序要求的应用场景，如大型车辆焊接、建筑物外围点胶等。本发明专利技术实施例能够精确执行位置和速度指令，且控制姿态偏差精度在设定的范围内，因此可以让机器人无需减速，且姿态稳定地通过奇异位型的奇异点，从而保证工艺高品质的完成。对于已经搭载了逆解模块的商用机器人，本发明专利技术实施例可以直接对原来有问题的离散轨迹点逐一进行修正，修改后的轨迹和原轨迹一一对应，这种修正只会发生在奇异点附近，对奇异点附近之外的其他轨迹没有影响。因此，本发明专利技术实施例可以作为一个附加模块在所有同构性的商用机器人上，具有较好的通用性。的通用性。的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人腕关节奇异规避方法及系统


[0001]本专利技术实施例涉及机器人腕关节控制
，具体涉及一种机器人腕关节奇异规避方法及系统。

技术介绍

[0002]腕关节奇异点在6R非冗余协作臂常见的问题之一，它可能出现在笛卡尔空间的任何位置，且只与机器人关节5趋于零时的特殊空间位型相关，难以通过限制工作空间的方式进行排除。机械臂经过奇异点附近时，为了保持位置精度，通常需要伴随着笛卡尔空间的降速运动，这往往无法达到空间速度恒定的工艺任务的要求(诸如焊接、点胶等)。针对这一问题，任务排序(Task Priority Sequence)、奇异值分离(Singularity Isolation)等一系列方法被提出。已有的解决思路大都通过牺牲一定的姿态的精度来对奇异位型进行规避，这种方式对于姿态精度要求不高的应用能解决部分问题。然而，仍然存在一些缺陷，一方面，现有方法往往对过奇异点时姿态误差缺少量化分析，对机器人过奇异点时的最大误差缺少清晰可控的量化指标。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术实施例提供一种机器人腕关节奇异规避方法及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，所述方法包括：按照预设周期，对机器人在笛卡尔空间中运动时的关节轨迹指令进行抽样检测；利用抽样检测结果，按照当前运动速度预测接下来若干个周期所述机器人的运动姿态；基于预测结果，判断所述机器人前方是否存在奇异位型的奇异点；如果检测到机器人前方存在奇异位型的奇异点，生成角速度偏转姿态利用所述角速度偏转姿态作为修正量和原始目标姿态融合生成新的目标姿态对所述新的目标姿态进行求解，产生新的关节轨迹信号并下发给下位机执行。2.如权利要求1所述的一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，所述方法还包括：如果检测到机器人前方不存在奇异位型的奇异点，对原始目标姿态进行求解，产生关节轨迹信号并下发给下位机执行。3.如权利要求1所述的一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，基于预测结果，判断所述机器人前方是否存在奇异位型的奇异点，包括：基于所述预测结果，获得所述机器人的第五关节空间角度q(t)5以及所述第五关节空间角度q(t)5的一阶差分值判断所述第五关节空间角度q(t)5和所述一阶差分值是否满足第一预设条件，所述第一预设条件为：且或且其中，表示预先设定的第一内圈阈值参数的平均值，表示预先设定的第二内圈阈值参数的平均值；如果满足所述第一预设条件，则判断所述第五关节空间角度q(t)5是否满足第二预设条件，所述第二预设条件为：其中，表示预先设定的外圈阈值参数的平均值；如果满足所述第二预设条件，则所述机器人前方存在奇异位型的奇异点。4.如权利要求3所述的一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，生成角速度偏转姿态包括：利用抽样检测结果计算所述机器人前瞻起始时刻t
s
工具坐标系T在基坐标中表示的前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)和前瞻始位置指令角速度ω
T
(t)；预先设定前瞻时间t
forward
，以所述第一位置矢量p
T
(t
s
)计算出前瞻始位置s(t
s
)，利用所述前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)，预测前瞻末位置s(t
e
)，所述前瞻末位置s(t
e
)的第一预测公式如下：
s(t
s
)＝0s(t
e
)＝s(t
s
)+t
forward
||v
T
(t
s
)||2其中，t
forward
表示前瞻时间；利用所述前瞻始位置s(t
s
)和所述前瞻末位置s(t
e
)，使用二分法搜索所述机器人工具坐标系T在行进路径中最接近奇异位型的奇异点临近位置s(t
final
)和奇异点临近位置姿态，所述奇异点临近位置姿态包括：奇异点临近位置矢量p
T
(s(t
final
))和奇异点临近位置旋转矩阵R
T
(s(t
final
))；利用所述奇异点临近位置矢量p
T
(s(t
final
))和所述奇异点临近位置旋转矩阵R
T
(s(t
final
))，计算所述机器人工具坐标系T的角增速度偏转轴基于所述前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)和所述第五关节空间角度q(t)5，计算所述机器人工具坐标系T的偏转角θ(q
final
)，所述偏转角θ(q
final
)的第七计算公式如下：其中，c1为第一预设参数，c2为第二预设参数，c3为第三预设参数；根据所述角增速度偏转轴和所述偏转角θ(q
final
)，利用罗德里格斯公式计算得到角速度偏转姿态所述罗德里格斯公式如下：其中，I为单位矩阵，θ为偏转角θ(q
final
)，为角增速度偏转轴5.如权利要求4所述的一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，利用抽样检测结果计算所述机器人前瞻起始时刻t
s
工具坐标系T在基坐标中表示的前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)和前瞻始位置指令角速度ω
T
(t)，包括：从抽样检测结果得到前瞻起始时刻t
s
和t
s
‑
1时刻工具坐标系T在基坐标中表示的第一位置矢量p
T
(t
s
)和第二位置矢量p
T
(t
s
‑
1)以及前瞻起始时刻t
s
和t
s
‑
1时刻工具坐标系T在基坐标中表示的第一旋转矩阵R
T
(t
s
)和第二旋转矩阵R
T
(t
s
‑
1)；利用所述第一位置矢量p
T
(t
s
)和所述第二位置矢量p
T
(t
s
‑
1)计算所述机器人前瞻起始时刻t
s
工具坐标系T在基坐标中表示的前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)，所述前瞻始位置指令线速度v
T
(t
s
)的第一计算公式如下：v
T
(t
s
)＝(p
T
(t
s
)
‑
p
T
(t
s
‑
1))/ΔT其中，ΔT为抽样预设周期；以及利用所述第一旋转矩阵R
T
(t
s
)和所述第二旋转矩阵R
T
(t
s
‑
1)计算所述机器人前瞻起始时刻t
s
工具坐标系T在基坐标中的前瞻始位置指令角速度ω
T
(t)，所述前瞻始位置指令角速度ω
T
(t
s
)的第二计算公式如下：其中，log表示对矩阵形式的对数变换，T
′
表示转置，V表示对角速度矩阵的向量化，ΔT为抽样预设周期。6.如权利要求5所述的一种机器人腕关节奇异规避方法，其特征在于，利用所述前瞻始
位置s(t
s
)和所述前瞻末位置s(t
e
)，使用二分法搜索所述机器人工具坐标系T在行进路径中最接近奇异位型的奇异点临近位置s(t
final
)和奇异点临近位置姿态，包括：利用所述前瞻始位置s(t
s
)和所述前瞻末位置s(t
e
)，预测中间位置s(t
h
)和中间位置姿态，所述中间位置s(t
h
)的第二预测公式为：s(t
h
)＝0.5(s(t
s
)+s(t
e
))；以从所述前瞻始位置s(t
s
)至所述中间位置s(t
h
)作为第一路径，以从所述中间位置s(t
h
)至所述前瞻末位置s(t
e
)作为第二路径，进行二分操作，循环执行所述第二预测公式，预测得到第一路径对应的第一中间位置s(t
h1
)和第二路径对应的第二中间位置s(t
h2
)；其中，第一路径对应的第一前瞻始位置s(t
s1
)和第一前瞻末位置s(t
e1
)分别为所述前瞻始位置s(t
s
)和所述中间位置s(t
h
)，第二路径对应的第二前瞻始位置s(t
s2
)和第二前瞻末位置s(t
e2
)分别为所述中间位置s(t
h
)和所述前瞻末位置s(t
e
)；对所述第一前瞻始位置s(t
s1
)、所述第一前瞻末位置s(t
e1
)、所述第一中间位置s(t
h1
)对应的位置矢量和旋转矩阵求逆解，得到各自对应的第一关节空间姿态，所述第一关节空间姿态包括：第一始位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦玮，张鹏，张国平，王光能，
申请(专利权)人：深圳市大族机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：