[发明专利]机械臂空间位置调整方法、装置、机械臂及存储介质

说明书

本申请实施例提供一种机械臂空间位置调整方法、装置、机械臂及存储介质。根据获取到的人工重力场的预设加速度、人工重力场在预设参考坐标系中的第一向量、机械臂中的特征点在预设参考坐标系中的第二向量以及参考点在预设参考坐标系中的第三向量，计算该机械臂的特征点移动到参考点的过程中的势能函数。基于该势能函数结合预设零空间算子，得到该机械臂的特征点移动到参考点的过程所需要的零空间虚拟力矩，以调整该机械臂的各个关节。如此，实现根据任务要求自由的调整机械臂冗余关节的位置。

技术领域

本申请涉及控制领域，具体而言，涉及一种机械臂空间位置调整方法、装置、机械臂及存储介质。

背景技术

冗余自由度的存在可以使得机械臂在保证不影响末端操作器任务执行的同时实现机械臂冗余自由度的运动规划，以用于关节避限位或者防碰撞。因此，冗余机械臂的冗余自由度控制是冗余机械臂控制的关键问题。

一般解决冗余自由度控制问题的方法有阻尼最小二乘法。然而，该方法求得的结果一般是二范数最小的优化解，难以根据任务要求自由的调整机械臂冗余自由度的运动。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请实施例的目的之一在于提供一种机械臂空间位置调整方法，应用于包括冗余自由度的机械臂，所述方法包括：

获取人工重力场的预设加速度、所述人工重力场在预设参考坐标系中的第一向量、所述机械臂中的特征点在所述预设参考坐标系中的第二向量以及参考点在所述预设参考坐标系中的第三向量，其中，所述第一向量的方向与该机械臂的运动趋势相对应，所述机械臂的运动速度与所述预设加速度的大小成正相关；

根据所述预设加速度、所述第一向量、所述第二向量以及所述第三向量计算所述机械臂的特征点移动到所述参考点的过程中的势能函数；

基于预设零空间算子，根据所述势能函数计算所述机械臂中各个关节的零空间虚拟力矩，其中，所述预设零空间算子用于使得该机械臂在运动过程中末端的位姿不变；

根据所述各个关节的零空间虚拟力矩对各关节的状态进行调整。

可选地，所述根据所述预设加速度、所述第一向量、所述第二向量以及所述第三向量计算所述机械臂的特征点移动到所述参考点的过程中的势能函数的步骤包括：

根据所述第二向量以及所述第三向量计算所述特征点到所述参考点之间的第四向量；

根据所述第一向量、第四向量以及所述预设加速度计算获得所述势能函数。

可选地，所述根据所述第一向量、第四向量以及所述预设加速度计算获得所述势能函数的公式如下：

式中，表示该势能函数，k表示该预设加速度，表示该第四向量，表示该第一向量，表示所述第四向量与所述第一向量之间的点乘。

可选地，所述基于预设零空间算子，根据所述势能函数计算所述机械臂中各个关节的零空间虚拟力矩的步骤，包括：

基于预设阻尼参数，根据所述势能函数计算所述机械臂中各关节的虚拟力矩，其中所述预设阻尼参数用于抑制所述机械臂运动过程中的震荡；

根据所述预设零空间算子以及所述各关节的虚拟力矩计算获得所述机械臂中各个关节的零空间虚拟力矩。

可选地，所述基于预设阻尼参数，根据所述势能函数计算所述机械臂中各关节的虚拟力矩的公式如下：

式中，表示所述机械臂中关节i的虚拟力矩，表示所述势能函数，表示关节i的速度，D表示所述预设阻尼参数。

可选地，所述根据所述预设零空间算子以及所述各关节的虚拟力矩计算获得所述机械臂中各个关节的零空间虚拟力矩的公式如下：