[发明专利]操纵器关节极限处理算法

说明书

本发明一般涉及对自动机械关节的控制。更具体而言，实施例公开了用于处理在自动机械系统中实现关节极限的情况的方法和相关的系统。

自动机械系统变得越来越普遍，并在诸如制造和遥感之类的各种领域得到应用。如图1所示，自动机械系统10可以包括安装到基座14上的自动机械臂12，自动机械臂12可以活动。臂12具有末端执行器16和多个关节18，以根据需要由例如遥控操作员来移动和定位末端执行16。每一个关节具有现有技术中已知的各自的马达或致动器，以产生该关节18的角位置的变化。确定关节18中的每一个的角度和空间定位以实现末端执行器16的所需定位和速度是本领域已知的问题。

自动机械系统，特别是由人类操作员控制的系统，诸如系统10，经常遇到的一个问题是，出现末端执行器16的所需速度将导致一个或多个关节18达到其极限的情况。结果，自动机械臂12将在物理上不能履行命令。在这样的情况下，系统10的典型响应是忽略该命令并且不执行任何操作，而同时或许向操作员指出所需动作不能执行。然而，这种对末端执行器16移动的“全要或全不要”方法不能令用户满意。

因此，需要提供用于控制自动机械臂的移动的替代的方法以及相关的系统。

一方面，公开了用于控制自动机械设备中的多个关节的方法。关节中的至少一部分具有各自的关节移动极限。基于关节的类型（例如，外卷的，棱柱的等等），关节移动可以是旋转的、线性的等等，如此，关节移动极限可以据此被表达（例如，对角位移的限制）。大多数自动机械操纵器使用旋转关节，并且关节移动用关节角度来表示。为简明起见，为说明本发明，将只讨论旋转关节，但是应该理解，所描述的算法可适用于以任何组合带有任何类型的关节的自动机械机制。

分析自动机械设备的所需移动命令，以判断它是否将导致关节极限中的任何一个被违犯。然后，使用自动机械设备中的关节的当前角度状态和所需移动命令，来构建自动机械设备的修改的移动命令。构建修改的移动命令，以便避免违犯相应的关节极限中的任何一个。修改的移动命令不与所需移动命令相同，并且当被自动机械设备处理时，导致自动机械设备的移动。然后，使用修改的移动命令来代替所需移动命令，以导致自动机械设备的相应的移动。

在各种实施例中，使用加权关节的相应的移动的加权因数来生成修改的移动命令。在其中自动机械设备包括n个关节的特定优选实施例中，自动机械在m维工作空间操作，其中，所需移动命令将导致n个关节中的L个关节违犯它们的相应的关节极限，根据下列公式构建自动机械设备的修改的关节移动命令：

q·mod=Jmod(JmodTW2Jmod)-1JmodTW2x·cmd,]]>且

q·new=re(q·mod)]]>