本申请涉及一种欠自由度机械臂的运动控制方法、装置和计算机设备，其中，该方法包括：在接收到机械臂末端的运动参数时，获取机械臂各关节轴当前所在位置的第一位置参数；在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数；根据第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵；根据雅可比矩阵和笛卡尔空间的预设运动速度，求解得到相应的关节轴的目标运动速度；基于目标运动速度对各关节轴的运行进行控制。通过本申请，解决了相关技术中采用D‑H参数法，存在计算过程复杂，控制灵敏度低的问题，采用相对于参考坐标系的直接建模法，简化计算过程，进而提高控制的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及机器人控制，特别是涉及欠自由度机械臂的运动控制方法、装置和计算机设备。
技术介绍
1、机械臂的运动逆解，是当机械臂末端处于某一点及某一姿态，求出机械臂每个自由度旋转角度的一种方法。机械臂的运动学逆解是机器人学中最基础也是最重要的一部分，它直接关系到机器人的运动控制、路径规划等一系列问题。
2、传统的机械臂逆解方法是以d-h参数法为基础的解析法，该方法计算过程相当复杂，解析法与机械臂的自由度数量和构型关系较大；如果采用d-h参数法来对欠自由度机械臂进行运动学逆解，通常涉及的坐标轴旋转变换需要围绕x和z的旋转、平移变换，有些场景需要设置偏置角度，这会极大增加计算过程的复杂程度，导致控制灵敏度低。
3、针对相关技术中采用d-h参数法，存在计算过程复杂，控制灵敏度低，目前还没有提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、在本实施例中提供了一种欠自由度机械臂的运动控制方法、装置和计算机设备，以解决相关技术中采用d-h参数法，存在计算过程复杂，控制灵敏度低的问题。
2、第一个方面，在本实施例中提供了一种欠自由度机械臂的运动控制方法，包括：
3、在接收到机械臂末端的运动参数时，获取机械臂各关节轴当前所在位置的第一位置参数；
4、在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数；
5、根据所述第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵；根据所述雅可比矩阵和所述笛卡尔空间的预设运动速度，求解得到相应的关节轴的目标运动速度；</p>6、基于所述目标运动速度对各所述关节轴的运行进行控制。
7、在其中的一些实施例中，所述方法还包括：
8、响应于用户操作摇杆，生成对应的机械臂末端的运动参数；
9、或，从规划器中获取机械臂末端的运动参数。
10、在其中的一些实施例中，所述机械臂为具有滑动轴和转动轴的五轴机械臂，所述滑动轴至少一个。
11、在其中的一些实施例中，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，包括：
12、在所述参考坐标系为世界坐标系，对于机械臂末端沿世界坐标系的x轴、y轴平移方向或者绕z轴旋转的运动场景下：
13、根据机械臂的结构参数、第一位置参数以及正运动学，得到世界坐标系到机械臂的末端坐标系的第一变换矩阵；在所述第一变换矩阵中，各关节轴所在的旋转原则仅需参考机械臂的参考坐标系位置进行旋转；
14、基于所述第一变换矩阵，确定笛卡尔空间的x值、y值以及姿态a值。
15、在其中的一些实施例中，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，还包括：
16、在所述参考坐标系为病床坐标系，成角运动场景下：
17、根据病床的结构参数和正运动学，得到病床坐标系到世界坐标系到机械臂的末端坐标系的第二变换矩阵；
18、根据所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵，得到病床坐标系到机械臂的末端坐标系的第三变换矩阵；
19、基于所述第三变换矩阵，确定笛卡尔空间的头足成角b值和左右成角c值。
20、在其中的一些实施例中，根据所述第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵，包括：
21、将所述第一位置参数和第二位置参数代入速度对应关系求解，得到雅可比矩阵；
22、或，对所述第一位置参数和所述第二位置参数求偏导，得到雅可比矩阵。
23、在其中的一些实施例中，所述方法还包括：
24、判断各所述关节轴的目标运动速度是否超过预设速度阈值；
25、若第一关节轴的目标运动速度超过预设速度阈值，则将所述预设速度阈值作为所述第一关节轴的目标运动速度，并结合所述雅可比矩阵调整相应第二关节轴的目标运动速度；所述第一关节轴为目标运动速度超过预设速度阈值的关节轴；所述第二关节轴为目标运动速度不超过预设速度阈值的关节轴。
26、第二个方面，在本实施例中提供了一种欠自由度机械臂的运动控制装置，包括：获取模块、第一计算模块、第二计算模块以及运动控制模块；
27、所述获取模块，用于在接收到机械臂末端的运动参数时，获取机械臂各关节轴当前所在位置的第一位置参数；
28、所述第一计算模块，用于在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数；
29、所述第二计算模块，用于根据所述第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵；根据所述雅可比矩阵和所述笛卡尔空间的预设运动速度，求解得到相应的关节轴的目标运动速度；
30、所述运动控制模块，用于基于所述目标运动速度对各所述关节轴的运行进行控制。
31、第三个方面，在本实施例中提供了一种欠自由度机械臂的运动控制系统，包括：机械臂、床设备以及处理器；其中，所述处理器分别与所述机械臂和所述床设备连接；
32、所述处理器用于执行上述第一个方面所述的欠自由度机械臂的运动控制方法。
33、在其中的一些实施例中，所述系统还包括感知模块；
34、所述感知模块，与所述处理器连接，用于感知到障碍物信息和位于床设备上的对象厚度，根据所述障碍物信息和对象厚度对笛卡尔空间的位置进行调整。
35、第四个方面，在本实施例中提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一个方面所述的欠自由度机械臂的运动控制方法。
36、第五个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的欠自由度机械臂的运动控制方法。
37、与相关技术相比，在本实施例中提供的欠自由度机械臂的运动控制方法、装置和计算机设备，通过在接收到机械臂末端的运动参数时，获取机械臂各关节轴当前所在位置的第一位置参数；在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数；根据第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵；根据雅可比矩阵和笛卡尔空间的预设运动速度，求解得到相应的关节轴的目标运动速度；基于目标运动速度对各关节轴的运行进行控制；解决了相关技术中采用d-h参数法，存在计算过程复杂，控制灵敏度低的问题，采用相对于参考坐标系的直接建模法，简化计算过程，进而提高控制的灵敏度。
38、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
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【技术保护点】
1.一种欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，包括：
4.根据权利要求3所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，还包括：
5.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，根据所述第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵，包括：
6.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
7.一种欠自由度机械臂的运动控制装置，其特征在于，包括：获取模块、第一计算模块、第二计算模块以及运动控制模块；
8.一种欠自由度机械臂的运动控制系统，其特征在于，包括：机械臂、床设备以及处理器；其中，所述处理器分别与所述机械臂和所述床设备连接；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至6中任一项所述的欠自由度机械臂的运动控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的欠自由度机械臂的运动控制方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.一种欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，包括：
4.根据权利要求3所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，在参考坐标系下计算得到笛卡尔空间的第二位置参数，还包括：
5.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，根据所述第一位置参数和第二位置参数确定出雅可比矩阵，包括：
6.根据权利要求1所述的欠自由度机械臂的运动控制方法，其特征在于，所述方法还包...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昆阳，翟楠楠，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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