[发明专利]机械臂拖动控制方法、装置、计算机设备以及存储介质

说明书

本申请涉及一种机械臂拖动控制方法、装置、计算机设备以及存储介质，柔顺控制技术领域。该方法中根据各个关节的关节转角来确定机械臂是否进入奇异区域，并在机械臂进入奇异区域的情况下，将环境作用力转换为各关节的关节力矩，然后根据各关节力矩控制各关节运动。而若机械臂未进入奇异区域，则基于环境作用力控制机械臂的各关节运动。这样在奇异区域内采用将环境作用力转化为关节力矩的方式控制关节运动，而在非奇异区域基于环境作用力控制关节运动，能够有效避免在奇异区域不柔顺的问题，并且无需引入新的参数，降低了运算复杂度。

技术领域

本申请涉及柔顺控制技术领域，特别是涉及一种机械臂拖动控制方法、装置、计算机设备以及存储介质。

背景技术

在实际应用中，常常会出现机械臂拖动不连贯的情况，这是因为机械臂存在着一些奇异位形。其中，奇异位形是指当机械臂的其中两个以上的轴共线时，会导致机械臂发生无法预期的运动状态，例如角速度剧烈跳变等。这样就会导致机械臂在奇异位形会出现卡滞和跳变，柔顺性较差。在实际中，机械臂的各轴逐渐形成奇异位形的区域称为奇异区域。而机械臂的柔顺控制在诸如神经外科、腹腔、骨科等领域的机械臂系统是非常重要的，直接关系到操作人员操作机械臂的主观感受，更好的柔顺性会更加真实地模拟操作人员手臂的真实操作，使机械臂操作更加接近操作人员操作。

现有技术中，一种规避奇异位形的方法是，确定机械臂是否接近奇异位形，确定机械臂接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向机械臂施加额外约束力，以使机械臂在约束力的作用下避开奇异位形继续运动。

然而，该种通过施加额外约束力的方式中，额外约束力的大小对机械臂的柔顺性会造成较大影响，一方面引入了新的参数增加了运算复杂度，另一方面确定精确的额外约束力的大小是很难的，这就导致柔顺控制效果不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低运算复杂度且提高柔顺控制效果的机械臂拖动控制方法、装置、计算机设备以及存储介质。

一种机械臂拖动控制方法，该方法包括：

根据机械臂的各个关节的关节转角，确定机械臂是否进入奇异区域；

若机械臂进入奇异区域，则将环境作用力转换为机械臂的各关节的关节力矩，并基于各关节力矩控制机械臂的各个关节运动；环境作用力为重力补偿后的力；

若机械臂未进入奇异区域，则基于环境作用力控制机械臂的各个关节运动。

在其中一个实施例中，将环境作用力转换为机械臂的各关节的关节力矩，包括：

根据雅可比矩阵的转置与环境作用力的乘积得到各关节的关节力矩。

在其中一个实施例中，根据机械臂的各个关节的关节转角，确定机械臂是否进入奇异区域，包括：

将各关节转角输入至预置的奇异判断模块，基于奇异判断模块的输出结果确定机械臂是否进入奇异区域；其中，奇异判断模块包括腕关节奇异模型、肩关节奇异模型以及肘关节奇异模型中的至少一种。

在其中一个实施例中，基于各关节力矩控制机械臂的各个关节运动，包括：

将各关节力矩和各关节转角输入至预置的导纳控制模型，得到导纳控制模型输出的机械臂的各个关节的关节加速度；

基于各关节加速度控制机械臂的各个关节运动。

在其中一个实施例中，基于各关节加速度控制机械臂的各个关节运动，包括：

对各关节加速度进行两次积分得到机械臂的各个关节在下一时刻的关节转角；

根据机械臂的各个关节在下一时刻的关节转角确定机械臂的各个关节的控制信号，并基于机械臂的各个关节的控制信号控制机械臂的各个关节运动。