[发明专利]一种超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法、装置及系统，其中，方法通过获取超冗余联动机械臂的结构信息，并根据结构信息建立空间双圆弧约束方程，根据该空间双圆弧约束方程分别建立机械臂第一约束方程和机械臂第二约束方程，再根据第一约束方程和第二约束方程建立用于表示超冗余联动机械臂的圆弧曲线的机械臂全局约束方程，对机械臂全局约束方程进行求解获得各个臂段的驱动关节角度后，根据该驱动关节角度驱动超冗余联动机械臂向规划轨迹运动；解决了现有技术中超冗余机械臂逆解的计算量大，从而降低了控制超冗余机械臂在规划路径上运动的效率，提供了一种高效的、可靠的超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，尤其是涉及一种超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法、装置及系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，许多的大型设备经研发生产后广泛应用于各个领域中。而由于大型设备往往都具有非常复杂的内部结构，因此造成了在对这些大型设备进行维修或检测时的操作空间都非常狭小。为了能够在狭小的操作空间内实现对这些大型设备的维修或检测工作，往往通过控制超冗余机械臂进入大型设备的内部中进行相应操作。超冗余机械臂具有穿越狭窄空间、回避障碍物、关节奇异和关节超限的能力，且超冗余机械臂具有较大的灵巧操作空间。

但是，由于超冗余机械臂的自由度较多，导致其运动学方程非常复杂，进而导致超冗余机械臂逆解的计算量急剧增加，从而降低了控制超冗余机械臂在规划路径上运动的效率。因此，如何解决由于超冗余机械臂的应用中在规划路径上运动控制效率低下的问题，成为本领域技术人员需克服的技术难题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种高效的、可靠的超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种超冗余联动机械臂的运动轨迹控制方法，所述超冗余联动机械臂的结构信息包括：具有第一臂段、第二臂段、第三臂段、第四臂段和第五臂段，每个所述臂段依次连接，每个所述臂段均包括数量相同的多个小节，同一个所述臂段中的所述多个小节具有相等的长度，所述多个小节依次通过关节连接，分别对每个所述臂段内的所述关节按顺序进行标号，且将所述标号为奇数的所述关节设置为Pitch-Yaw型，所述标号为偶数的所述关节设置为Yaw-Pitch型，其包括：

根据所述结构信息建立空间双圆弧约束方程；

根据所述空间双圆弧约束方程建立机械臂第一约束方程，所述机械臂第一约束方程用于表示所述第四臂段和所述第五臂段构成的双圆弧曲线；

根据所述空间双圆弧约束方程建立机械臂第二约束方程，所述机械臂第二约束方程用于表示所述第一臂段和所述第二臂段构成的双圆弧曲线；

根据所述机械臂第一约束方程、所述机械臂第二约束方程建立机械臂全局约束方程，所述机械臂全局约束方程用于表示所述超冗余联动机械臂的圆弧曲线；

根据所述机械臂全局约束方程分别求解5个所述臂段的驱动关节角度，并根据各个所述驱动关节角度驱动所述超冗余联动机械臂向规划轨迹运动。

进一步地，根据所述空间双圆弧约束方程建立机械臂第一约束方程具体包括：

规划第五臂段末端的第五臂段期望位置信息和第五臂段期望指向信息，并根据所述结构信息、所述第五臂段期望位置信息和所述第五臂段期望指向信息规划所述超冗余联动机械臂的第三臂段末端的第三臂段期望位置信息；

将所述第三臂段末端的期望指向信息进行参数化得到第三臂段期望指向信息表达式；

根据所述超冗余联动机械臂的第四臂段参数信息、所述超冗余联动机械臂的第五臂段参数信息、所述第五臂段期望位置信息、所述第五臂段期望指向信息、所述空间双圆弧约束方程和所述第三臂段期望指向信息表达式建立所述机械臂第一约束方程。