基于速度补偿的机械臂控制方法、控制器、介质及系统技术方案

本发明专利技术属于机械臂控制技术领域，为了解决机械臂末端运动的路径准确性的问题，提供了一种基于速度补偿的机械臂控制方法、控制器、介质及系统。其中，基于速度补偿的机械臂控制方法包括根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵，进而计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。其在对机械臂末端进行速度控制的同时保证了位姿的精准度。精准度。精准度。

【技术实现步骤摘要】
基于速度补偿的机械臂控制方法、控制器、介质及系统


[0001]本专利技术属于机械臂控制
，尤其涉及一种基于速度补偿的机械臂控制方法、控制器、介质及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]机械臂的速度模式是指，给定机械臂的末端笛卡尔空间运动速度指令，而不指定运动终点，机械臂沿速度指令方向和大小一直运动。为了实现机械臂的速度模式这一功能，通常的做法是实时获取机械臂的雅可比矩阵，通过雅可比矩阵将笛卡尔空间的速度转化为机械臂的所有关节的转速，通过实时给定关节的转速从而达到目的。
[0004]然而，专利技术人发现，由于雅可比矩阵是时变的，理想状态下连续的雅可比获取和计算才能保证末端无误差的直线运动，但是由于计算过程的离散性，必然会产生运动的累积误差，机械臂的末端并不能保证严格按照给定方向直行，当机械臂运动时间越长，累积误差越大，从而降低了机械臂末端运动的路径准确性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于速度补偿的机械臂控制方法、控制器、介质及系统，其通过对指令速度进行补偿，不断纠正下一控制周期的速度给定，从而在对机械臂末端进行速度控制的同时保证了位姿的精准度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面提供一种基于速度补偿的机械臂控制方法。
[0007]在一个或多个实施例中，一种基于速度补偿的机械臂控制方法，其包括：获取机械臂各个关节在当前控制周期的位置，并根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵表示笛卡尔空间速度和关节速度之间的瞬时关系；获取各个关节在当前控制周期的速度，根据当前控制周期的雅可比矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。
[0008]作为一种实施方式，计算当前控制周期的雅可比矩阵的过程为：根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵中每一项分别对各个关节在当前控制周期的位置数据求偏导，得到当前控制周期的雅可比矩阵。
[0009]作为一种实施方式，所述基于速度补偿的机械臂控制方法还包括：
将机械臂末端指令速度为零，作为本次运动的结束条件。
[0010]本专利技术的第二个方面提供一种基于速度补偿的机械臂控制器。
[0011]一种基于速度补偿的机械臂控制器，其包括：笛卡尔空间位姿计算模块，其用于获取机械臂各个关节在当前控制周期的位置，并根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；雅可比矩阵计算模块，其用于以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵表示笛卡尔空间速度和关节速度之间的瞬时关系；末端实际速度计算模块，其用于获取各个关节在当前控制周期的速度，根据当前控制周期的雅可比矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；指令速度补偿模块，其用于计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。
[0012]作为一种实施方式，在所述雅可比矩阵计算模块中，计算当前控制周期的雅可比矩阵的过程为：根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵中每一项分别对各个关节在当前控制周期的位置数据求偏导，得到当前控制周期的雅可比矩阵。
[0013]作为一种实施方式，所述基于速度补偿的机械臂控制器还包括：运动结束判断模块，其用于将机械臂末端指令速度为零，作为本次运动的结束条件。
[0014]本专利技术的第三个方面提供一种基于速度补偿的机械臂控制系统。
[0015]一种基于速度补偿的机械臂控制系统，其包括：编码器和控制器，所述编码器用于检测机械臂各个关节在当前控制周期的位置以及各个关节在当前控制周期的速度，并均传送至控制器；所述控制器被配置为：获取机械臂各个关节在当前控制周期的位置，并根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵表示笛卡尔空间速度和关节速度之间的瞬时关系；获取各个关节在当前控制周期的速度，根据当前控制周期的雅可比矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。
[0016]作为一种实施方式，计算当前控制周期的雅可比矩阵的过程为：根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵中每一项分别对各个关节在当前控制周期的位置数据求偏导，得到当前控制周期的雅可比矩阵。
[0017]作为一种实施方式，所述控制器还被配置为：将机械臂末端指令速度为零，作为本次运动的结束条件。
[0018]本专利技术的第四个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0019]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于速度补偿的机械臂控制方法中的步骤。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在控制机械臂末端以某个确定速度沿某个恒定方向直线运动时，为避免计算的离散化使雅可比矩阵不连续而产生的末端位置累积误差，本专利技术在每个计算周期对给定的速度指令进行误差补偿，这一补偿不依赖于外部的速度传感器，而是依赖于机械臂控制器自身的计算而进行，然后使用补偿后的速度指令去进行机械臂运动学的相关计算，通过对指令速度进行补偿，不断纠正下一控制周期的速度给定，从而在对机械臂末端进行速度控制的同时保证了位姿的精准度，大大提高了机械臂末端运动的路径准确性。
[0021]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1是本专利技术实施例的基于速度补偿的机械臂控制方法原理图；图2是本专利技术实施例的基于速度补偿的机械臂控制器结构示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0025]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于速度补偿的机械臂控制方法，其特征在于，包括：获取机械臂各个关节在当前控制周期的位置，并根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵表示笛卡尔空间速度和关节速度之间的瞬时关系；获取各个关节在当前控制周期的速度，根据当前控制周期的雅可比矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。2.如权利要求1所述的基于速度补偿的机械臂控制方法，其特征在于，计算当前控制周期的雅可比矩阵的过程为：根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵中每一项分别对各个关节在当前控制周期的位置数据求偏导，得到当前控制周期的雅可比矩阵。3.如权利要求1所述的基于速度补偿的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于速度补偿的机械臂控制方法还包括：将机械臂末端指令速度为零，作为本次运动的结束条件。4.一种基于速度补偿的机械臂控制器，其特征在于，包括：笛卡尔空间位姿计算模块，其用于获取机械臂各个关节在当前控制周期的位置，并根据机械臂基坐标系到机械臂末端坐标系的齐次矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的笛卡尔空间位姿；雅可比矩阵计算模块，其用于以机械臂末端的当前位置点作为起点，计算当前控制周期的雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵表示笛卡尔空间速度和关节速度之间的瞬时关系；末端实际速度计算模块，其用于获取各个关节在当前控制周期的速度，根据当前控制周期的雅可比矩阵，计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度；指令速度补偿模块，其用于计算机械臂末端在当前控制周期的实际速度与机械臂末端指令速度之间的偏差，并作为下一控制周期的速度补偿值来对机械臂末端指令速度进行补偿，以更新机械臂末端指令速度。5.如权利要求4所述的基于速度补偿的机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎智，于少冲，戈朝波，
申请(专利权)人：极限人工智能北京有限公司，
类型：发明
国别省市：