[发明专利]基于末端工作空间的仿人机械臂的跟随控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于末端工作空间的仿人机械臂的跟随控制方法及系统，属于机器人控制技术领域。该方法包括：(1)获取人手臂的关节角度数据；(2)计算出机械臂的目标腕关节坐标数据与肘关节坐标数据；(3)以肘关节及肩关节角度数据为自变量，以机械臂末端工作空间为自变量取值范围，至少以机械臂腕关节位置相对目标腕关节坐标数据的计算偏差构建适应度函数，利用遗传算法搜索出最优角度数据，作为机械臂的关节角度数据及肘关节角度数据；及以人手臂的腕关节角度相对改变数据计算机械臂的腕关节角度改变数据；(4)控制仿人机械臂执行动作近似跟随。利用遗传算法，以能近似执行末端动作，从而能更好进行异构控制，其机器人远程控制等领域。

本申请是申请号为CN 201911408896.6、发明名称为“一种异构仿人机械臂的动作映射方法及系统”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种机器人控制技术领域，具体地说，涉及一种基于末端工作空间的异构仿人机械臂的跟随控制方法及系统。

背景技术

随着海洋经济的崛起，水下作业量将越来越复杂，越来越繁重。船舶底部，海洋钻井平台管道等水下平台容易附着海生物，通常需要潜水员进行定期清理，虽然人工可对清理对象及清理效果进行自主判断，但存在潜水员的人身安全难以保障、工作时间受海况影响较大及工作效率低等问题；此外，对于一些环境恶劣的场所作业，也存在对操作人员的人身安全造成影响的问题，例如，现场拆弹，现场扫雷等。

在这过程中，需利用搭载在现场机器人上的摄像头获取现场作业场景图像，例如，公开号为CN108082415A的专利文献所公开搭载在水下作业机器人上的全景成像系统，然后由操控人员在岸基上等现场外操作对机器人的下一动作进行控制。

为了便于操控现场左右机器人，尤其是具有仿人机械臂的作业机器人，其控制可以通过操作人员在现场外模拟场内操作动作，并通过获取操作人员的关节角度数据，例如，可采用公开号为CN107967687A的专利文献所公开的获取目标物行走姿态的方法；在获取操作人员，再根据角度数据远程控制现场操作机器人的机械臂执行相应动作。

但是，在操作过程中，存在以下问题，虽然机械臂为仿人结构，但是仍难以与人手臂为同构结构，例如自由度或臂长不同，即通常都为异构，导致其难以利用人手臂的关节数据直接控制仿人机械臂进行操作，虽然能够利用工作空间矩阵直接获取机械臂控制的理论数据，但是由于二者异构，其所直接计算出的理论数据在部分情况下无法直接执行，而导致跟随控制在部分情况下无法实现。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于末端工作空间的异构仿人机械臂的控制方法，以在异构仿人机械臂与人手臂的跟随控制过程中，能近似地执行一些无法完成的动作，而实现更好地跟随控制；

本发明的另一目的是提供一种末端工作空间的异构仿人机械臂的控制系统，以能在异构仿人机械臂与人手臂的跟随控制能近似地执行一些无法完成的动作，而实现更好地跟随控制。

为了实现上述目的，本发明提供的跟随控制方法基于末端工作空间，用于通过把人手臂和异构仿人机械臂的工作空间进行匹配，而把人手臂的动作映射给结构尺寸与人手臂不相同的异构仿人机械臂，控制方法包括以下步骤：

获取步骤，获取人手臂在示范动作过程中的关节角度数据；

匹配步骤，对异构仿人机械臂与人手臂的末端工作空间进行匹配，获取两个空间之间的转换矩阵；并基于人手臂的当前腕关节坐标数据，利用转换矩阵，计算出异构仿人机械臂的目标腕关节坐标数据；

计算步骤，基于目标腕关节坐标数据及异构仿人机械臂的结构尺寸数据，并以人体小臂的方向向量作为小臂的方向向量，计算出仿人机械臂的肘关节坐标数据；