【技术实现步骤摘要】
本申请属于机器人控制，尤其涉及一种柔性机械臂的控制方法、电子设备及存储介质。
技术介绍
1、连续型柔性机械臂是一种多段式的机械臂，其每一段都可以在一定角度范围内实现弯曲、弯曲方向的旋转，甚至弯曲方向的伸缩。因此，多段组合的连续型柔性机械臂都拥有较多的自由度，是一种高度冗余的机械臂结构。高度冗余性赋予了连续型柔性机械臂更复杂的工作空间和更多的运动特性，但同时也提高了连续型柔性机械臂的控制难度。
2、目前连续型柔性机械臂的运动学控制方法，主要有两种方法。一是避开直接求解正运动学的逆解，选择在其切空间上通过广义雅可比矩阵进行增量控制。二是将逆运动学的求解转化为通过优化算法求解某目标函数的极值。
3、现有技术的柔性机械臂的运动学控制方法存在算法复杂度高需要大量的运算开销，以及初值敏感造成求解结果无解或误差大，从而造成柔性机械臂响应慢及移动不准确的问题。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种柔性机械臂的控制方法、电子设备及存储介质，可以解决柔性机械臂的运动学控制方法的算法复杂度高需要大量的运算开销，以及初值敏感造成求解结果无解或误差大，从而造成柔性机械臂响应慢及移动不准确的问题。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种柔性机械臂的控制方法，应用于柔性机械臂，所述柔性机械臂包括串联设置的至少3个柔性弯曲模组以及位于所述柔性机械臂末端并与末段柔性弯曲模组端部连接的柔性旋转模组，其特征在于，将所述柔性机械臂划分为3个虚拟关节，每个所述虚拟关节包括至少一个所述柔
3、基于所述虚拟关节的运动学参数构建第一运动学模型，所述第一运动学模型表征任一所述虚拟关节末端的运动学状态；
4、对所述第一运动学模型进行处理获得第二运动学模型，所述第二运动学模型表征所述柔性机械臂末端的等效运动学状态；
5、基于所述第二运动学模型的解析解控制所述柔性机械臂完成预设任务。
6、在其中一个实施例中，所述对第一运动学模型进行处理获得第二运动学模型，包括：
7、基于所述第一运动学模型进行变换获得第三运动学模型，所述第三运动学模型表征任一所述虚拟关节的所述虚拟关节末端的简化运动学状态；
8、基于多个所述第三运动学模型进行合成获得第四运动学模型，所述第四运动学模型表征所述柔性机械臂的简化运动学状态；
9、基于所述第四运动学模型进行等效变换获得第二运动学模型。
10、在其中一个实施例中，所述第一运动学模型的计算式如下：
11、
12、其中，tv为任一虚拟关节的第一关节末端变换矩阵，所述第一关节末端变换矩阵为固定在所述虚拟关节的所述虚拟关节末端的坐标系o2x2y2z2在其起始端坐标系o1x1y1z1的所述第一运动学模型的变换矩阵；
13、tz(β)为第一z轴旋转变换矩阵，所述第一z轴旋转变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端绕当前坐标系z轴旋转β角度的变换矩阵；
14、为第一y轴旋转变换矩阵，所述第一y轴旋转变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端绕当前坐标系y轴旋转角度的变换矩阵；
15、tl(lr)为第一z轴平移变换矩阵，所述第一z轴平移变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端沿当前z轴平移lr的变换矩阵；
16、tz(-β)为第二z轴旋转变换矩阵，所述第二z轴旋转变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端绕当前坐标系z轴旋转-β角度的变换矩阵；
17、β为方向角，所述方向角为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端的末端中心在起始端坐标系中xy平面的投影与x轴的夹角；
18、α为弯曲角，所述弯曲角为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端所在平面与虚拟关节起始端所在平面的夹角；
19、lr为第一直线距离，所述第一直线距离为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端的末端中心o2到起始端中心o1的直线距离。
20、在其中一个实施例中，所述第二运动学模型的计算式如下：
21、tvse_end＝tl(l)*tz(θ1)*ty(θ2)*tl(2l)*tz(θ3)*ty(θ4)*tl(2l)*tz(θ5)
22、*ty(θ6)*tz(θ7)*tl(l2)
23、其中，tvse_end为第一机械臂末端变换矩阵，所述第一机械臂末端变换矩阵为所述柔性机械臂的末端中心的变换矩阵；
24、tl(l)为第二z轴平移变换矩阵，所述第二z轴平移变换矩阵为所述柔性机械臂沿当前z轴平移l的变换矩阵；
25、tl(2l)为第三z轴平移变换矩阵，所述第三z轴平移变换矩阵为所述柔性机械臂沿当前z轴平移2l的变换矩阵；
26、tz(θ1)为第三z轴旋转变换矩阵，所述第三z轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系z轴旋转θ1角度的变换矩阵；
27、ty(θ2)为第二y轴旋转变换矩阵，所述第二y轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系y轴旋转θ2角度的变换矩阵；
28、tz(θ3)为第四z轴旋转变换矩阵，所述第四z轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系z轴旋转θ3角度的变换矩阵；
29、ty(θ4)为第三y轴旋转变换矩阵，所述第三y轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系y轴旋转θ4角度的变换矩阵；
30、tz(θ5)为第五z轴旋转变换矩阵，所述第五z轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系z轴旋转θ5角度的变换矩阵；
31、ty(θ6)为第四y轴旋转变换矩阵，所述第四y轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系y轴旋转θ6角度的变换矩阵；
32、tz(θ7)为第六z轴旋转变换矩阵，所述第六z轴旋转变换矩阵为所述柔性机械臂绕当前坐标系z轴旋转θ7角度的变换矩阵；
33、tl(l2)为第四z轴平移变换矩阵，所述第四z轴平移变换矩阵为所述柔性机械臂沿当前z轴平移l2的变换矩阵。
34、在其中一个实施例中，所述第三运动学模型的计算式如下：
35、tvs＝tl(l)*tz(z)*ty(y)*tz(-z)*tl(l)
36、其中，tvs为任一虚拟关节的第二关节末端变换矩阵，所述第二关节末端变换矩阵为固定在所述虚拟关节的所述虚拟关节末端的坐标系o2x2y2z2在其起始端坐标系o1x1y1z1中的所述第三运动学模型的变换矩阵；
37、tl(l)为第五z轴平移变换矩阵，所述第五z轴平移变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端沿当前z轴平移l的变换矩阵；
38、tz(z)为第七z轴旋转变换矩阵，所述第七z轴旋变换转矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端绕当前坐标系z轴旋转z角度的变换矩阵；
39、ty(y)为第五y轴旋转变换矩阵，所述第五y轴旋变换转变换矩阵为所述虚拟关节的所述虚拟关节末端绕当前坐标系y轴旋转y角度的变换矩阵；
【技术保护点】
1.一种柔性机械臂的控制方法，应用于柔性机械臂，所述柔性机械臂包括串联设置的至少3个柔性弯曲模组以及位于所述柔性机械臂末端并与末段柔性弯曲模组端部连接的柔性旋转模组，其特征在于，将全部柔性弯曲模组划分为3个虚拟关节，每个所述虚拟关节包括至少一个所述柔性弯曲模组，所述控制方法包括：
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对所述第一运动学模型进行处理获得第二运动学模型，包括：
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一运动学模型的计算式如下：
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第二运动学模型的计算式如下：
5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第三运动学模型的计算式如下：
6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第四运动学模型的计算式如下：
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述虚拟关节的运动学参数构建第一运动学模型，包括：
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述第二运动学模型的解析解控制所述柔性机械臂完成预设任务
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，基于所述第二机械臂末端变换矩阵、所述第二直线距离及所述第二运动学模型，获得所述第二运动学模型的解析解，包括：
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述核心变换矩阵的计算式为：
11.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述解析解包括第一旋转角度、第二旋转角度、第三旋转角度、第四旋转角度、第五旋转角度、第六旋转角度、第七旋转角度，所述第一旋转角度至所述第七旋转角度依次分布在所述柔性机械臂的起始端至所述柔性机械臂末端；
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述位移分量包括第一轴位移分量、第二轴位移分量、第三轴位移分量；
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第一旋转角度计算式为：
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述第二旋转矩阵包括第一数据、第二数据、第三数据、第四数据、第五数据、第六数据、第七数据、第八数据、第九数据，所述第一数据至所述第九数据依次表征所述第二旋转矩阵从第一行第一列的第一姿态记号到第三行第三列的第九姿态记号；
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述第六旋转角度计算式为：
16.一种柔性机械臂，其特征在于，所述柔性机械臂包括串联设置的至少3个柔性弯曲模组以及位于所述柔性机械臂末端并与末段柔性弯曲模组端部连接的柔性旋转模组，所述柔性机械臂通过如权利要求1至15中任一项所述的方法实现控制。
17.一种电子设备，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至15中任一项所述的方法。
18.一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至15中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性机械臂的控制方法，应用于柔性机械臂，所述柔性机械臂包括串联设置的至少3个柔性弯曲模组以及位于所述柔性机械臂末端并与末段柔性弯曲模组端部连接的柔性旋转模组，其特征在于，将全部柔性弯曲模组划分为3个虚拟关节，每个所述虚拟关节包括至少一个所述柔性弯曲模组，所述控制方法包括：
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对所述第一运动学模型进行处理获得第二运动学模型，包括：
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一运动学模型的计算式如下：
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第二运动学模型的计算式如下：
5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第三运动学模型的计算式如下：
6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第四运动学模型的计算式如下：
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述虚拟关节的运动学参数构建第一运动学模型，包括：
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述第二运动学模型的解析解控制所述柔性机械臂完成预设任务，包括：
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，基于所述第二机械臂末端变换矩阵、所述第二直线距离及所述第二运动学模型，获得所述第二运动学模型的解析解，包括：
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述核心变换矩阵的计算式为：
11.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述解析解包括第一旋转角度、...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓蛟，王琳，全锋，严行，
申请(专利权)人：万勋科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。