[发明专利]一种双机械臂系统及其协调控制方法

说明书

本发明公开了一种双机械臂系统及其协调控制方法，该方法包括：S01、以两组经尺度缩放后的对偶四元数分别描述当前状态下末端执行器的对偶位置；S02、计算当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置；S03、确定完成协同操作所需的相对对偶位置和绝对对偶位置；S04、计算当前状态下相对对偶位置和绝对对偶位置相对应的雅可比矩阵；S05、计算当前状态下相对对偶位置和绝对对偶位置的误差值,设计控制算法，结合雅可比矩阵，生成左机械臂和右机械臂各个关节电机的旋转角度增量；S06、重复S01、S02、S04和S05直到当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置的误差值到达允许范围内，协同任务完成。本发明简化控制结构，提高效率。

技术领域

本发明涉及多个机器人协调控制领域技术领域，具体涉及一种双机械臂系统及其协调控制方法。

背景技术

双机械臂系统模仿人类的双机械臂结构，与普通的单机械臂相比，在负载能力、操作的灵巧性和效率方面具有明显的优势，预计在精密装配和服务机器人等领域具有重要的应用前景。要充分发挥双机械臂机器人的优势，需要双机械臂具有协调操作的功能。在复杂环境中，双机械臂机器人协调操作主要基于协作任务空间的控制方法。运动部件的平移通常采用三维空间矢量来表示，转动通常采用欧拉角或旋转矩阵来表示。旋转部分采用欧拉角时，仅需要三个参数就能表示机械臂末端的转动，但可能会引起奇异的问题；而采用旋转矩阵需要九个参数。并且由于平移和旋转分属于两种不同的几何量，单位尺度不一致，因此在控制系统中引入两种不同的环路对位移和旋转分别进行控制。该方法会进一步增加控制系统的复杂度。

不难看出，现有技术还存在进一步改善的空间，有必要开发新型的双机械臂系统协调控制方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种双机械臂系统及其协调控制方法，通过将运动部件的平移运动和旋转运动表示为对偶四元数的形式，在同一控制环路中实现平移和旋转的运动控制，实现双机械臂的协调运动控制。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种双机械臂系统，包括左机械臂和右机械臂，左机械臂包括左机械臂基座、至少一个左机械臂关节、左机械臂末端执行器，左机械臂基座通过左机械臂关节与左机械臂末端执行器连接，右机械臂包括右机械臂基座、至少一个右机械臂关节、右机械臂末端执行器，右机械臂基座通过右机械臂关节与右机械臂末端执行器连接，左机械臂基座与右机械臂基座连接。

一种双机械臂系统的协调控制方法，包括如下步骤：

S01、以两组经尺度缩放后的对偶四元数分别描述当前状态下左机械臂末端执行器的对偶位置和右机械臂末端执行器的对偶位置；

S02、根据S01得出的左机械臂末端执行器的对偶位置和右机械臂末端执行器的对偶位置，计算当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置；

S03、在上位机中对协同操作任务进行分解，用S02的方法计算得到的协同任务开始时两机械臂末端执行器的相对对偶位置和绝对对偶位置，确定完成协同操作所需的两机械臂末端执行器相对对偶位置和绝对对偶位置；

S04、计算当前状态下S02中确定的相对对偶位置相对应的雅可比矩阵和绝对对偶位置相对应的雅可比矩阵；

S05、根据S01、S02和S03计算双机械臂系统当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置的误差值和绝对对偶位置的误差值，设计控制算法，结合S04获取的雅可比矩阵，生成左机械臂和右机械臂各个关节电机的旋转角度增量，同时驱动左机械臂和右机械臂到达下一状态；

S06、更新左机械臂和右机械臂各关节电机的位置信息，重复步骤S01、S02、S04和S05直到当前状态下两机械臂末端执行器的相对对偶位置的误差值和绝对对偶位置的误差值到达允许范围内，协同任务完成。

进一步地，步骤S01具体包括：