基于多通道的双臂机器人协同控制方法、装置及可读介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多通道的双臂机器人协同控制方法、装置及可读介质，基于单臂N关节机械臂的三维模型建立N+1个连杆坐标系；基于连杆变换矩阵获得相邻两个连杆之间的坐标变换矩阵，基于相邻两个连杆的坐标变换矩阵得到单臂末端连杆坐标系相对于基坐标系的坐标变换矩阵；基于单臂基坐标系到单臂末端连杆坐标系的坐标变换矩阵和双臂基坐标系之间的坐标变换矩阵，求解两个机械臂末端坐标系之间的坐标变换矩阵，并进而求解出工件和主臂之间、双臂之间以及双臂关节角速度之间的约束关系；根据工件和主臂之间、双臂之间和/或双臂关节角速度之间的约束关系建立控制方式，求出双臂关节的目标角度。减少资源浪费的同时保证数据的隔离性和相对独立性。的隔离性和相对独立性。的隔离性和相对独立性。

【技术实现步骤摘要】
基于多通道的双臂机器人协同控制方法、装置及可读介质


[0001]本专利技术涉及工业机器人应用领域，具体涉及一种基于多通道的双臂机器人协同控制方法、装置及可读介质。

技术介绍

[0002]目前机器人的控制领域中，相比于传统的单臂机器人，双臂冗余自由度机器人具有更佳的灵活性以及更优良的协调操作性等优势，能在繁琐的作业和变化多样的工作空间中脱颖而出。双臂机器人在工业现场的应用中具有以下几方面的优势：一是通过双臂协调配合作业，无论面对刚性还是柔性物体，抓取和移动物体能力强；二是双臂机器人两个机械臂在同时工作时可以进行实时通信从而有效避免双臂之间的碰撞；三是原先分开的两个机械臂的控制器软硬件现在集成到一台控制器软硬件中，有效降低了成本。因而在技术要求较高的领域，对于双臂机器人的研究正在成为机器人技术研究的热点。但是如何从软件层面对双臂机器人进行有效控制，也正在成为双臂机器人研究的难点问题。
[0003]目前双臂机器人的主流控制软件有ROS等。ROS是由多个进程耦合组成，每个进程也是一个节点，这些节点共同组成了一个分布式的系统，但是ROS本身的软件系统设计具有一定的局限性，各个节点之间需要进行大量的消息分发通信，导致大量的系统资源都浪费在通讯上面。另外，由于通讯过程大量占用硬件内存导致ROS对于硬件设备的要求也比较高。

技术实现思路

[0004]针对上述提到的等问题。本申请的实施例的目的在于提出了一种基于多通道的双臂机器人协同控制方法、装置及可读介质，来解决以上
技术介绍
部分提到的技术问题。该专利技术适用于基于单个工控机、单个进程和多个通道对双臂机器人进行协同控制的工况，尤其适用于针对机器人控制软件二次开发对双臂七关节机器人进行同时控制的应用情形。
[0005]第一方面，本申请的实施例提供了一种基于多通道的双臂机器人协同控制方法，包括以下步骤：
[0006]S1，基于单臂N关节机械臂的三维模型建立N+1个连杆坐标系，并获得连杆参数；
[0007]S2，基于连杆参数和连杆变换矩阵获得相邻两个连杆之间的坐标变换矩阵，基于相邻两个连杆之间的坐标变换矩阵得到单臂末端连杆坐标系相对于连杆坐标系中的基坐标系的坐标变换矩阵；
[0008]S3，基于单臂基坐标系到单臂末端连杆坐标系的坐标变换矩阵和双臂基坐标系之间的坐标变换矩阵，求解两个机械臂末端坐标系之间的坐标变换矩阵，并进而求解出工件和主臂之间的位姿约束关系、双臂之间的位姿约束关系以及双臂关节角速度之间的约束关系；
[0009]S4，根据工件和主臂之间的位姿约束关系、双臂之间的位姿约束关系和/或双臂关节角速度之间的约束关系建立控制方式，求出双臂关节的目标角度。
[0010]作为优选，控制方式包括根据双臂之间的位姿约束关系或双臂之间的关节角速度约束关系建立的双通道主从控制方式；或者，根据工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系建立的三通道一主二从的对称式控制方式。
[0011]作为优选，根据双臂之间的位姿约束关系建立双通道主从控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：
[0012]获取主臂的目标位姿数据，通过插补获得主臂插补点，并根据主臂插补点求取主臂关节的目标角度置；
[0013]根据主臂插补点以及工件和主臂之间的位姿约束关系得到从臂插补点，根据从臂插补点求出从臂关节的目标角度。
[0014]作为优选，根据双臂之间的关节角速度约束关系建立双通道主从控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：
[0015]获取主臂的目标位姿数据，通过插补获得主臂插补点，并根据主臂插补点求取主臂关节的目标角度以及主臂关节角速度；
[0016]根据主臂关节角速度以及双臂之间的关节角速度约束关系得到从臂关节角速度，根据从臂关节角速度求出从臂关节的目标角度。
[0017]作为优选，步骤S4中根据工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系建立三通道一主二从的对称式控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：
[0018]获取主通道的目标位姿数据，通过插补获得主通道插补点，并将主通道插补点发送给两从通道；
[0019]根据主通道插补点度以及工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系，得到两个从通道的插补点，并分别求出双臂关节的目标角度。
[0020]作为优选，步骤S2具体包括：
[0021]基于连杆变换矩阵的一般表达式，求出相邻两个连杆间的坐标变换矩阵：
[0022][0023]其中，a
i
‑1表示从z
i
‑1到z
i
沿着x
i
‑1测量的距离，α
i
‑1表示从z
i
‑1到z
i
沿着x
i
‑1旋转的角度，d
i
表示从x
i
‑1到x
i
沿着z
i
测量的距离，θ
i
表示从x
i
‑1到x
i
沿着z
i
旋转的角度；
[0024]根据下式计算出单臂末端连杆坐标系相对于基坐标系的坐标变换矩阵
[0025][0026]作为优选，步骤S3具体包括：
[0027]通过对两个机械臂的基坐标系之间的坐标变换矩阵进行描述：
[0028][0029]其中，为右臂基坐标系{L0}相对于左臂基坐标系{R0}的姿态矩阵，为右臂
基坐标系相对于左臂基坐标系的位置向量；
[0030]在双臂机器人基坐标系{O}的描述之下，建立工件质心和主臂末端之间的约束方程：
[0031][0032]其中，表示工件质心坐标系{M}相对双臂机器人基坐标系{O}的变换矩阵，表示主臂末端坐标系{L}相对于双臂机器人基坐标系{O}的变换矩阵，表示工件质心坐标系{M}相对于主臂末端坐标系{L}的变换矩阵；
[0033]工件质心坐标系{M}和机器人基坐标系{O}之间的变换关系分别通过沿着左臂的齐次坐标变换矩阵方程和沿着右臂的齐次坐标变换矩阵方程来描述：
[0034][0035][0036]其中，表示左臂基坐标系{L
O
}相对于双臂机器人基坐标系{O}的坐标系变换矩阵，表示左臂末端坐标系{L}相对左臂基坐标系{L
O
}的坐标变换矩阵，表示右臂基坐标系{R
O
}相对于双臂机器人基坐标系{O}的坐标系变换矩阵，表示右臂末端坐标系{R}相对右臂基坐标系{R
O
}的坐标变换矩阵，表示工件质心坐标系{M}相对{右臂末端坐标系R}的坐标变换矩阵；
[0037]将上述两个公式联立，得到双臂间全约束模式下的双臂之间的位姿约束关系：
[0038][0039]左臂末端坐标系相对于双臂机器人基坐标系的位置向量右臂末端坐标系相对于双臂机器人基坐标系的位置向量和右臂末端坐标系相对于左臂末端坐标系的位置向量共同组成了闭环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于单臂N关节机械臂的三维模型建立N+1个连杆坐标系，并获得连杆参数；S2，基于所述连杆参数和连杆变换矩阵获得相邻两个连杆之间的坐标变换矩阵，基于相邻两个连杆之间的坐标变换矩阵得到单臂末端连杆坐标系相对于所述连杆坐标系中的基坐标系的坐标变换矩阵；S3，基于单臂基坐标系到单臂末端连杆坐标系的坐标变换矩阵和双臂基坐标系之间的坐标变换矩阵，求解两个机械臂末端坐标系之间的坐标变换矩阵，并进而求解出工件和主臂之间的位姿约束关系、双臂之间的位姿约束关系以及双臂关节角速度之间的约束关系；S4，根据工件和主臂之间的位姿约束关系、双臂之间的位姿约束关系和/或双臂关节角速度之间的约束关系建立控制方式，求出双臂关节的目标角度。2.根据权利要求1所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，所述控制方式包括根据双臂之间的位姿约束关系或双臂之间的关节角速度约束关系建立的双通道主从控制方式；或者，根据工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系建立的三通道一主二从的对称式控制方式。3.根据权利要求2所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，根据双臂之间的位姿约束关系建立双通道主从控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：获取主臂的目标位姿数据，通过插补获得主臂插补点，并根据所述主臂插补点求取主臂关节的目标角度置；根据所述主臂插补点以及工件和主臂之间的位姿约束关系得到从臂插补点，根据所述从臂插补点求出从臂关节的目标角度。4.根据权利要求2所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，根据双臂之间的关节角速度约束关系建立双通道主从控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：获取主臂的目标位姿数据，通过插补获得主臂插补点，并根据所述主臂插补点求取主臂关节的目标角度以及主臂关节角速度；根据所述主臂关节角速度以及双臂之间的关节角速度约束关系得到从臂关节角速度，根据所述从臂关节角速度求出从臂关节的目标角度。5.根据权利要求2所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，所述步骤S4中根据工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系建立三通道一主二从的对称式控制方式，求出双臂关节的目标角度，具体包括：获取主通道的目标位姿数据，通过插补获得主通道插补点，并将所述主通道插补点发送给两从通道；根据所述主通道插补点度以及工件和主臂之间的位姿约束关系和双臂之间的位姿约束关系，得到两个从通道的插补点，并分别求出双臂关节的目标角度。6.根据权利要求1所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：基于连杆变换矩阵的一般表达式，求出相邻两个连杆间的坐标变换矩阵：
其中，a
i
‑1表示从z
i
‑1到z
i
沿着x
i
‑1测量的距离，α
i
‑1表示从z
i
‑1到z
i
沿着x
i
‑1旋转的角度，d
i
表示从x
i
‑1到x
i
沿着z
i
测量的距离，θ
i
表示从x
i
‑1到x
i
沿着z
i
旋转的角度；根据下式计算出单臂末端连杆坐标系相对于所述基坐标系的坐标变换矩阵根据下式计算出单臂末端连杆坐标系相对于所述基坐标系的坐标变换矩阵7.根据权利要求1所述的基于多通道的双臂机器人协同控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：通过对两个机械臂的基坐标系之间的坐标变换矩阵进行描述：其中，为右臂基坐标系{L0}相对于左臂基坐标系{R0}的姿态矩阵，为右臂基坐标系相对于左臂基坐标系的位置向量；在双臂机器人基坐标系{O}...

【专利技术属性】
技术研发人员：任金超，魏鹏，王平江，张锴，张小晗，王乔羽，
申请(专利权)人：泉州华中科技大学智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：