[发明专利]一种柔性超冗余度机器人控制方法

说明书

本发明涉及一种柔性超冗余度机器人控制方法，采用空间曲线表达机器人姿态，通过姿态匹配求出各关节控制角度，实现机器人控制。本发明简化了柔性超冗余度机器人控制模型，采用空间曲线表达机器人姿态，通过姿态匹配的方法求出各关节控制角度，从而实现机器人控制。传统的控制模型在机器人关节数目较少时，其模型复杂度较低，随着关节数的增加，其模型复杂度成指数倍增加，甚至很难分析出解析解，而本发明的复杂度与关节数目成正比。因此极大的提高了模型分析效率，并且提高了模型控制的运算速度。

技术领域

本发明涉及一种机器人控制方法，特别是涉及具有超冗余自由度机器人的控制方法。

背景技术

柔性超冗余度机器人具有的自由度远超过它的任务空间自由度，这种机器人结构独特、控制灵活，可以在狭小空间或复杂环境中实现特殊任务。因此多用于核工业探测、检修，航空航天装配作业等领域。

刚性杆超冗余度设计优点在于继承了传统工业机械臂的运动学，所有的传统建模技术(比如基于D-H法的前向运动学建模和机器人雅可比推导)都还适用。但这种机器人自由度数目大(10个关节以上)，采用这种分析、控制方法，模型的复杂度和分析难度都非常大，目前的硬件也无法满足计算要求。

柔性超冗余度机器人运动方式与传统工业机器人不同，采用末端跟随方式向前运动，后面的关节会沿着前面关节的轨迹运动。目前普遍采用的控制方法是当后面的关节到达前面关节同一个位置时，完全复现前面关节的姿态。但这种控制方法的缺点是控制方式不灵活，无法从当前的姿态变换到另外一种特定姿态，也无法从特定姿态变化回原姿态。

发明内容

本发明的目的是提出一种降低超冗余度机器人建模复杂度、简化控制模型的方法，同时提出一种灵活的、能够适应任意位姿变换的末端跟随控制方法，为克服背景技术中所提到的诸多技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性超冗余度机器人控制方法，采用空间曲线表达机器人姿态，通过姿态匹配求出各关节控制角度，实现机器人控制。

一种柔性超冗余度机器人控制方法，包括以下步骤：

(1)将姿态描述的离散点进行插补，获得空间姿态描述曲线；

(2)计算空间姿态描述曲线各点曲率，当某点曲率超过设定的最大曲率时，重新获取姿态描述的离散点，并返回步骤(1)；

(3)匹配机器人第1节末端：n为1时，将第n节原点与空间姿态描述曲线原点重合，计算空间姿态描述曲线上的各点与原点距离S₁…S_m，找到S₁…S_m中与当前关节杆件长度相等的一个点或最接近的两个点；m为点数；

如果是一个点，根据点的坐标值得到第1节控制角度，即第1节分别绕X轴和Y轴旋转的角度α₁和β₁；

如果是两个点，将这两个点连线，求出以坐标系原点为球心，当前关节杆件长度为半径的球体与两点连线的交点坐标值；根据交点坐标值得到第1节的α₁和β₁；

(4)根据第1节控制角度α₁和β₁，得到第1节末端位姿Pose₁；

(5)匹配下一节末端：n＝2、3、4、…i，i为机器人关节总数；将第n节原点位于第n-1节末端，第n节坐标系与第n-1节末端位姿Pose_n-1重合；以第n节原点为起点，计算空间姿态描述曲线上的点与第n节原点距离S₁…S_m，搜索找到S₁…S_m中与当前关节杆件长度相等的一个点或最接近的两个点；