[发明专利]一种双臂协作机器人的双臂传接位置选取方法

权利要求书

1.一种双臂协作机器人的双臂传接位置选取方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立主臂和从臂的末端执行器坐标系，分别用{E₁}、{E₂}表示，根据物体的形状确定双臂的末端执行器同时抓取物体时，{E₁}与{E₂}所需满足的相对位姿约束表示在传接位置处，双臂末端执行器同时抓取物体所满足的相对位姿约束；其中，设置双臂协作机器人的双臂中持物机械臂为主臂，另一个机械臂为从臂；

第二步，获取主臂与从臂的初始位姿，通过机械臂关节处的角度传感器反馈得到关节角数据，再通过机械臂正运动学方程获得双臂在笛卡尔空间下的位姿T_init；对于单臂来说，单臂末端执行器的位姿T可用一个4×4的矩阵来表示，T为表示空间位姿的齐次变换矩阵：

其中，R为表示姿态的3×3旋转矩阵；P为表示机械臂末端执行器的位置向量；0^T为1×3的0矩阵；

第三步，通过主臂与从臂的初始位姿T_init以及主臂与从臂在传接位置处同时抓取物体所需满足的相对位姿约束建立求取主臂与从臂最佳传接位置的优化模型；

f₁＝Q(θ¹)+Q(θ²) (2)

Q(θ)＝αΔR+βΔP (3)

其中，θ¹与θ²表示主臂与从臂的关节角组成的向量，Q(θ)表示单臂的末端位姿变化，Q(θ¹)、Q(θ²)分别表示双臂从初始位姿移动到传接位置处时，主臂与从臂的末端执行器位姿变化；f₁表示双臂从初始位姿移动到传接位置处时，主臂与从臂的末端执行器位姿变化的和；ΔR表示机械臂末端初始位置与传接位置处姿态差度，ΔP表示机械臂末端初始位置与传接位置处距离差度，α、β为权值，通过对权值的调整可以控制位置、姿态的比重；P＝[p_x,p_y,p_z]^T由式(1)得到，表示机械臂末端执行器的位置向量，单位为米；P_init表示机械臂末端执行器在初始位姿处的位置向量，P_exch表示机械臂末端执行器在传接位置处的位置向量；δ＝[δ_x,δ_y,δ_z]^T是式(1)中的姿态R经由泰特-布莱恩角表示的姿态向量，单位为rad；δ_init表示机械臂末端执行器在初始位姿处的姿态向量，δ_exch表示机械臂末端执行器在传接位置处的姿态向量；为保证双臂在最佳传接位置处不与机器人主体发生碰撞，设置l表示机器人前方安全区域的阈值，与表示主臂与从臂的末端执行器在笛卡尔空间内沿y轴方向的位置；

经由上述，建立求取主臂与从臂目标传接位置的优化模型：

minf₁＝Q(θ¹)+Q(θ²)

当选取符合式(8)的最优解θ¹与θ²时，即为关节空间内要求的主臂与从臂的最佳传接位置；

第四步，采用改进的遗传算法对所建立的最佳传接位置优化模型进行求解，得到所述主臂与从臂的最佳传接位置，具体步骤如下：

4.1)根据式(8)中的优化模型，建立遗传算法中的适应度函数f_G：

f_G＝f₁+η₂f₂+η₃f₃ (9)

其中，f₁表示双臂从初始位姿移动到传接位置处时，主臂与从臂的末端执行器位姿变化的和，f₂为限制双臂末端位姿在传接位置处满足约束而构建的辅助函数，f₃为限制双臂末端传接位姿位于安全区域而构建的辅助函数，二者都由是式(8)确定；η₂，η₃为惩罚因子；D_dist、D_exch分别表示双臂优化过程中的相对位姿与需满足的相对位姿约束；D_dist是由得到的，D_exch是在优化过程中通过计算双臂末端的相对位姿约束T得到的；

4.2)使用改进遗传算法对式(9)中的适应度函数进行迭代求最优解：

(1)根据双臂协作机器人结构形式，确定DH参数值；

(2)设置遗传算法的初始化参数，生成初始种群，使用变量θ的真实值表示个体的基因，θ是由表示主臂与从臂的关节角θ¹与θ²组成的向量，改进遗传算法的个体为：

(3)判断迭代次数是否达到设定阈值，如果达到，则迭代过程结束，否则，计算适应度函数f_G；

(4)通过重组、交叉、变异操作，获得新的迭代个体，其中交叉与变异概采用自适应调整技术；

(5)再次计算种群基因适应度，使用精英基因替换最差基因，循环上述步骤；

(6)迭代结束后，从优化计算得到的中获取θ¹与θ²，即为关节空间内要求的主臂与从臂最佳传接位置。