机械臂控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械臂制造方法及图纸

本申请属于机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械臂。所述方法包括：获取机械臂的实际状态量和规划状态量；根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数；根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的末端接触力、关节加速度和关节力矩等运动控制量；根据所述运动控制量控制所述机械臂进行运动。通过本申请，为机械臂的多种运动提供统一的控制思想，将机械臂的复杂控制问题设置为统一的优化控制问题，有效较低了控制复杂度。有效较低了控制复杂度。有效较低了控制复杂度。

【技术实现步骤摘要】
机械臂控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械臂


[0001]本申请属于机械臂
，尤其涉及一种机械臂控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械臂。

技术介绍

[0002]由于机械臂具有独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。
[0003]机械臂是一种高精度、多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。
[0004]现有的机械臂控制方法在进行机械臂控制时，需要根据不同的运动功能切换不同的控制算法，控制复杂度较高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种机械臂控制方法、装置、计算机可读存储介质及机械臂，以解决现有的机械臂控制方法复杂度较高的问题。
[0006]本申请实施例的第一方面提供了一种机械臂控制方法，可以包括：
[0007]获取机械臂的实际状态量和规划状态量；
[0008]根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数；
[0009]根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的运动控制量；其中，所述运动控制量包括末端接触力、关节加速度和关节力矩；
[0010]根据所述运动控制量控制所述机械臂进行运动。
[0011]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数，可以包括：
[0012]根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的末端加速度优化项；
[0013]根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的关节加速度优化项；
[0014]根据所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和预设的关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。
[0015]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和预设的关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数，可以包括：
[0016]确定所述末端加速度优化项的第一权重；
[0017]确定所述关节加速度优化项的第二权重；
[0018]根据所述第一权重、所述第二权重、所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和所述关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。
[0019]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述第一权重、所述第二权重、所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和所述关节力矩优化项建立所述机械臂的优化
目标函数，可以包括：
[0020]建立如下式所示的优化目标函数：
[0021]min(ω1Func1+ω2Func2+Func3)
[0022]其中，Func1为所述末端加速度优化项，Func2为所述关节加速度优化项，Func3为所述关节力矩优化项，ω1为所述第一权重，ω2为所述第二权重，min为求最小值函数。
[0023]在第一方面的一种具体实现方式中，在根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的运动控制量之前，还可以包括：
[0024]根据所述机械臂的运动学模型及动力学模型建立所述机械臂的等式约束条件；
[0025]根据所述机械臂的关节位置极限值和关节力矩极限值建立所述机械臂的不等式约束条件；
[0026]以所述等式约束条件和所述不等式约束条件作为所述控制约束条件。
[0027]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述机械臂的运动学模型及动力学模型建立所述机械臂的等式约束条件，可以包括：
[0028]建立如下式所示的等式约束条件：
[0029][0030][0031]其中，为待求解的关节加速度，F为待求解的末端接触力，τ为待求解的关节力矩，M
q
为预设的惯性项矩阵，G为预设的重力项矩阵，C为预设的科氏力及离心力矩阵，J为预设的雅克比矩阵，I为单位矩阵，F
ref
为预先规划得到的规划接触力。
[0032]在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述机械臂的关节位置极限值和关节力矩极限值建立所述机械臂的不等式约束条件，可以包括：
[0033]建立如下式所示的不等式约束条件：
[0034][0035][0036]其中，为待求解的关节加速度，F为待求解的末端接触力，τ为待求解的关节力
矩，I为单位矩阵，q
t
‑
Δt
为上一控制时刻的关节位姿，为上一控制时刻的关节速度，Δt为当前控制时刻与上一控制时刻之间的间隔，q
max
为预设的关节位姿最大值，q
min
为预设的关节位姿最小值，τ
max
为预设的关节力矩最大值，τ
min
为预设的关节力矩最小值。
[0037]本申请实施例的第二方面提供了一种机械臂控制装置，可以包括：
[0038]状态量获取模块，用于获取机械臂的实际状态量和规划状态量；
[0039]优化目标函数建立模块，用于根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数；
[0040]优化求解模块，用于根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的运动控制量；其中，所述运动控制量包括末端接触力、关节加速度和关节力矩；
[0041]运动控制模块，用于根据所述运动控制量控制所述机械臂进行运动。
[0042]在第二方面的一种具体实现方式中，所述优化目标函数建立模块可以包括：
[0043]末端加速度优化项确定单元，用于根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的末端加速度优化项；
[0044]关节加速度优化项确定单元，用于根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的关节加速度优化项；
[0045]优化目标函数建立单元，用于根据所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和预设的关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。
[0046]在第二方面的一种具体实现方式中，所述优化目标函数建立单元可以包括：
[0047]第一权重确定子单元，用于确定所述末端加速度优化项的第一权重；
[0048]第二权重确定子单元，用于确定所述关节加速度优化项的第二权重；
[0049]优化目标函数建立子单元，用于根据所述第一权重、所述第二权重、所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和所述关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。
[0050]在第二方面的一种具体实现方式中，所述优化目标函数建立子单元可以具体用于建立如下式所示的优化目标函数：
[0051]min(ω1Func1+ω2Func2+Func3)
[0052]其中，Func1为所述末端加速度优化项，Func2为所述关节加速度优化项，Func3为所述关节力矩优化项，ω1为所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂控制方法，其特征在于，包括：获取机械臂的实际状态量和规划状态量；根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数；根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的运动控制量；其中，所述运动控制量包括末端接触力、关节加速度和关节力矩；根据所述运动控制量控制所述机械臂进行运动。2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述根据所述实际状态量和所述规划状态量建立所述机械臂的优化目标函数，包括：根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的末端加速度优化项；根据所述实际状态量和所述规划状态量确定所述机械臂的关节加速度优化项；根据所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和预设的关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。3.根据权利要求2所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述根据所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和预设的关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数，包括：确定所述末端加速度优化项的第一权重；确定所述关节加速度优化项的第二权重；根据所述第一权重、所述第二权重、所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和所述关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数。4.根据权利要求3所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述根据所述第一权重、所述第二权重、所述末端加速度优化项、所述关节加速度优化项和所述关节力矩优化项建立所述机械臂的优化目标函数，包括：建立如下式所示的优化目标函数：min(ω1Func1+ω2Func2+Func3)其中，Func1为所述末端加速度优化项，Func2为所述关节加速度优化项，Func3为所述关节力矩优化项，ω1为所述第一权重，ω2为所述第二权重，min为求最小值函数。5.根据权利要求1至4中任一项所述的机械臂控制方法，其特征在于，在根据预设的控制约束条件对所述优化目标函数进行优化求解，得到所述机械臂的运动控制量之前，还包括：根据所述机械臂的运动学模型及动力学模型建立所述机械臂的等式约束条件；根据所述机械臂的关节位置极限值和关节力矩极限值建立所述机械臂的不等式约束条件；以所述等式约束条件和所述不等式约束条件作为所述控制约束条件。6.根据权利要求5所述的机械臂控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金迪，陈春玉，罗璇，
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：