基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于机械臂控制技术领域，为了解决机器人末端运动位置精度的累积误差无法消除且需要添加额外的传感器设备的问题，提供了一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法及系统。其中，基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法包括基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵，进而计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿；基于虚拟目标点位姿和当前末端位姿，修正下一周期机械臂末端的指令速度，再结合机械臂的雅可比矩阵，计算出机械臂各个关节的速度给定，以控制机械臂各个关节在下一周期的运动。其实现了机械臂末端准确沿给定方向直线运动。机械臂末端准确沿给定方向直线运动。机械臂末端准确沿给定方向直线运动。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法及系统


[0001]本专利技术属于机械臂控制
，尤其涉及一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法及系统。

技术介绍

[0002][0003][0004]为了使得机械臂末端严格按照给定方向直行，一般采用如下两种方式：方式一：通过实时给定关节的转速的方式，但是这种对机械臂进行笛卡尔空间的速度控制方式，一般使用时变的雅可比矩阵对笛卡尔空间速度到关节空间速度进行映射，这样随着计算过程的离散性，导致机器人末端运动位置精度的累积误差越大。
[0005]方式二：增加位置闭环反馈的方式，但是此种方式需要添加额外的传感器设备，如视觉定位系统或激光定位系统，不但价格昂贵，而且系统复杂度增加。

技术实现思路

[0006]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虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法及系统，其通过实时计算一个虚拟目标点位置，不断调整给定速度的大小和方向，实现机械臂末端准确沿给定方向直线运动。
[0007]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虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法。
[0008]在一个或多个实施例中，一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其包括：获取机械臂各个关节的当前位置，计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿以及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵；基于给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿；基于虚拟目标点位姿和当前末端位姿，修正下一周期机械臂末端的指令速度，再结合机械臂的雅可比矩阵，计算出机械臂各个关节的速度给定，以控制机械臂各个关节在下一周期的运动。
[0009]作为本专利技术的第一个方面的一种实施方式，所述基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法还包括：判断机械臂各个关节的速度给定是否为零，若是，结束本次运动；否则，继续计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿，重新计算机械臂各个关节的速度给定。
[0010]作为本专利技术的第一个方面的一种实施方式，在修正机械臂末端指令速度的过程中，利用修正系数来修正原指令速度。
[0011]作为本专利技术的第一个方面的一种更进一步实施方式，所述修正系数为：虚拟目标点位姿和当前末端位姿两者差值与两者差值绝对值的比值。
[0012]作为本专利技术的第一个方面的一种实施方式，在计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿的过程中，基于机械臂各个关节的当前位置以及齐次矩阵，得到机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；其中，齐次矩阵表征机械臂各个关节与机械臂末端之间的对应关系。
[0013]本专利技术的第二个方面提供了一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制系统。
[0014]在一个或多个实施例中，一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制系统，包括：机械臂末端位姿计算模块，其用于获取机械臂各个关节的当前位置，计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；雅可比矩阵计算模块，其用于基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿以及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵；虚拟目标点位姿计算模块，其用于基于给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿；关节给定速度计算模块，其用于基于虚拟目标点位姿和当前末端位姿，修正下一周期机械臂末端的指令速度，再结合机械臂的雅可比矩阵，计算出机械臂各个关节的速度给定，以控制机械臂各个关节在下一周期的运动。
[0015]作为本专利技术的第二个方面的一种实施方式，所述基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制系统还包括：运动结束判断模块，其用于判断机械臂各个关节的速度给定是否为零，若是，结束本次运动；否则，继续计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿，重新计算机械臂各个关节的速度给定。
[0016]作为本专利技术的第二个方面的一种实施方式，在所述关节给定速度计算模块中，在修正机械臂末端指令速度的过程中，利用修正系数来修正原指令速度。
[0017]作为本专利技术的第二个方面的一种更进一步地实施方式，所述修正系数为：虚拟目标点位姿和当前末端位姿两者差值与两者差值绝对值的比值。
[0018]本专利技术的第三个方面提供了一种机器人系统。
[0019]在一个或多个实施例中，一种机器人系统，包括：机器人本体、位置传感元件和控制器，所述位置传感元件设置在机械臂各个关节处，用于检测机械臂各个关节的当前位置，并传送至控制器；所述控制器，被配置为：基于机械臂各个关节的当前位置，计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿以及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵；
基于给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿；基于虚拟目标点位姿和当前末端位姿，修正下一周期机械臂末端的指令速度，再结合机械臂的雅可比矩阵，计算出机械臂各个关节的速度给定，以控制机械臂各个关节在下一周期的运动。
[0020]作为本专利技术的第三个方面的一种实施方式，在所述控制器中，在修正机械臂末端指令速度的过程中，利用修正系数来修正原指令速度。
[0021]作为本专利技术的第三个方面的一种更进一步地实施方式，所述修正系数为：虚拟目标点位姿和当前末端位姿两者差值与两者差值绝对值的比值。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿，通过实时计算虚拟目标点位姿，不断修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。
[0023]（2）本专利技术的机器人系统通过机械臂自身信息即可实现，不用对硬件进行升级或添加额外的传感设备，而且控制过程简单，大大节省了开发成本。
[0024]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
[0025]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。
[0026]图1是本专利技术实施例的基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法原理图；图2是本专利技术实施例的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿计算原理图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]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。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其特征在于，包括：获取机械臂各个关节的当前位置，计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿以及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵；基于给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿；基于虚拟目标点位姿和当前末端位姿，修正下一周期机械臂末端的指令速度，再结合机械臂的雅可比矩阵，计算出机械臂各个关节的速度给定，以控制机械臂各个关节在下一周期的运动。2.如权利要求1所述的基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其特征在于，所述基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法还包括：判断机械臂各个关节的速度给定是否为零，若是，结束本次运动；否则，继续计算在下一周期的机械臂末端直线方向的虚拟目标点位姿，重新计算机械臂各个关节的速度给定。3.如权利要求1所述的基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其特征在于，在修正机械臂末端指令速度的过程中，利用修正系数来修正原指令速度。4.如权利要求3所述的基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其特征在于，所述修正系数为：虚拟目标点位姿和当前末端位姿两者差值与两者差值绝对值的比值。5.如权利要求1所述的基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制方法，其特征在于，在计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿的过程中，基于机械臂各个关节的当前位置以及齐次矩阵，得到机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；其中，齐次矩阵表征机械臂各个关节与机械臂末端之间的对应关系。6.一种基于虚拟目标点的机械臂末端直线运动控制系统，其特征在于，包括：机械臂末端位姿计算模块，其用于获取机械臂各个关节的当前位置，计算机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿；雅可比矩阵计算模块，其用于基于机械臂末端在当前周期的笛卡尔空间位姿以及机械臂微分运动学，计算机械臂的雅可比矩阵；虚拟目标点位姿计算模块，其用于基于给定机械臂末端的指令速度和起点位姿，计算在下一周期的机械臂末端直线方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎智，戈朝波，于少冲，
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：