【技术实现步骤摘要】
本申请实施例属于手术机器人和机械臂，特别是涉及一种七轴机械臂的运动规划方法、装置及机械臂。
技术介绍
1、衡量机械臂性能的一个重要指标是关节自由度数(dof)，也就是通常所说的机械表的轴数，例如六轴、七轴。拥有更多的关节自由度数或轴数，也就意味着机械臂具有更灵活的作业性能。例如，七轴机械臂的灵活性就比六轴机械臂更佳。
2、由于七轴机械臂更具灵活性，能够在保证末端位置不变的情况下改变机械臂臂身位姿，这在手术辅助场景中具有极大优势，因此在医疗辅助手术机器人领域，相较于六轴机械臂，七轴机械臂的应用更广泛。但是，七轴机械臂属于冗余机械臂，在计算七轴机械臂的逆解以及进行运动规划时，难度更大。在实际应用中通常需要针对特定场景进行定制，定制出的这些机械臂往往不具有通用性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种七轴机械臂的运动规划方法、装置及机械臂，用以降低七轴机械臂运动规划的难度，提高七轴机械臂的通用性。
2、本申请实施例的第一方面提供了一种七轴机械臂的求逆解方法，包括：
3、生成七轴机械臂的各个关节轴的等效结构图；其中，在所述结构等效图中，各个所述关节轴中的第一关节轴、第二关节轴和第三关节轴等效为肩关节，第四关节轴等效为肘关节，第五关节轴、第六关节轴和第七关节轴等效为腕关节；
4、根据所述等效结构图，确定所述七轴机械臂在当前的末端位姿下的臂角；所述臂角为所述第三关节轴为0度时，所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节形成的参考平面与所述肩
5、分别确定各个所述关节轴的关节配置系数，所述关节配置系数用于表示各个所述关节轴在所述七轴机械臂的基座坐标系中所处的区域；
6、根据所述末端位姿、所述臂角和所述关节配置系数，分别计算各个所述关节轴的逆解。
7、本申请实施例的第二方面提供了一种七轴机械臂的运动规划方法，包括：
8、确定七轴机械臂待规划的运动路径，所述运动路径由多个末端位姿组成；
9、分别计算所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的逆解，所述逆解是所述七轴机械臂的各个关节轴的解析解；
10、根据所述逆解分别确定所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的关节配置系数；
11、确定在当前末端位姿与目标末端位姿下的所述关节配置系数的变动情况，所述目标末端位姿是所述运动路径的端点对应的末端位姿；
12、基于所述关节配置系数的变动情况，对所述七轴机械臂进行运动规划。
13、本申请实施例的第三方面提供了一种七轴机械臂的求逆解装置，包括：
14、生成模块，用于生成七轴机械臂的各个关节轴的等效结构图；其中，在所述结构等效图中，各个所述关节轴中的第一关节轴、第二关节轴和第三关节轴等效为肩关节，第四关节轴等效为肘关节，第五关节轴、第六关节轴和第七关节轴等效为腕关节；
15、臂角确定模块，用于根据所述等效结构图，确定所述七轴机械臂在当前的末端位姿下的臂角；所述臂角为所述第三关节轴为0度时，所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节形成的参考平面与所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节实际形成的平面之间的夹角；
16、关节配置系数确定模块，用于分别确定各个所述关节轴的关节配置系数，所述关节配置系数用于表示各个所述关节轴在所述七轴机械臂的基座坐标系中所处的区域；
17、计算模块，用于根据所述末端位姿、所述臂角和所述关节配置系数，分别计算各个所述关节轴的逆解。
18、本申请实施例的第四方面提供了一种七轴机械臂的运动规划装置，包括：
19、运动路径确定模块，用于确定七轴机械臂待规划的运动路径，所述运动路径由多个末端位姿组成；
20、计算模块，用于分别计算所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的逆解，所述逆解是所述七轴机械臂的各个关节轴的解析解；
21、关节配置系数确定模块，用于根据所述逆解分别确定所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的关节配置系数；
22、系数变动确定模块，用于确定在当前末端位姿与目标末端位姿下的所述关节配置系数的变动情况，所述目标末端位姿是所述运动路径的端点对应的末端位姿；
23、规划模块，用于基于所述关节配置系数的变动情况，对所述七轴机械臂进行运动规划。
24、本申请实施例的第五方面提供了一种机械臂，所述机械臂为七轴机械臂，所述机械臂的逆解可通过上述第一方面所述的方法计算得到，和/或，所述机械臂的运动路径可通过上述第二方面所述的方法规划得到。
25、本申请实施例的第六方面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中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如上述第一方面和/或第二方面所述的方法。
26、本申请实施例的第七方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面和/或第二方面所述的方法。
27、本申请实施例的第八方面提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面和/或第二方面所述的方法。
28、与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：
29、本申请实施例可以使用解析解来求解机械臂的逆解，提高了求解出的逆解的精度。基于较高精度的逆解进行机械臂的运动规划，也有助于提高运动规划的精度。相较于现有技术中针对特殊场景需要定制的七轴机械臂，在类人手臂的七轴冗余机械臂上应用本申请实施例提供的求逆解方法和运动规划方法，可以使得七轴冗余机械臂具有更高的通用性，能够适用于多种场景中。
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1.一种七轴机械臂的运动规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在当前末端位姿与目标末端位姿下的所述关节配置系数的变动情况，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述关节配置系数的变动情况，对所述七轴机械臂进行运动规划，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的可行臂角区域，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述可行臂角区域对所述七轴机械臂的运动路径进行规划，包括：
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述七轴机械臂的可行臂角区域的相交端点，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述可行臂角区域的相交端点对所述七轴机械臂的运动路径进行规划，包括：
8.根据权利要求3-7任一项所述的方法，其特征在于，在基于所述关节配置系数的变动情况，对所述七轴机械臂进行运动规划之前，还包括：
9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特
10.一种机械臂，所述机械臂为七轴机械臂，其特征在于，所述机械臂的运动路径可通过如权利要求1-9任一项所述的七轴机械臂的运动规划方法规划得到。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9任一项所述的七轴机械臂的运动规划方法。
12.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的七轴机械臂的运动规划方法。
...【技术特征摘要】
1.一种七轴机械臂的运动规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在当前末端位姿与目标末端位姿下的所述关节配置系数的变动情况，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述关节配置系数的变动情况，对所述七轴机械臂进行运动规划，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述七轴机械臂在各个所述末端位姿下的可行臂角区域，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述可行臂角区域对所述七轴机械臂的运动路径进行规划，包括：
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述七轴机械臂的可行臂角区域的相交端点，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述可行臂角区域的相交端点对所述七轴机械臂的运动路径进行规划，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：孟李艾俐，谭志强，刘婷婷，
申请(专利权)人：骨圣元化机器人深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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