刚柔混合机械臂的控制方法、相关装置及存储介质与流程

    技术2026-07-08  18


    本申请涉及刚柔混合机械臂控制,尤其涉及一种刚柔混合机械臂的控制方法、相关装置及存储介质。


    背景技术:

    1、刚柔混合机械臂由刚性机械臂单元以及与其连接的刚柔混合机械臂单元组成,是一种比较新的高度冗余的机械臂类型,相较于传统高自由度机械臂,它兼顾了传统机械臂的灵活性,同时又优化了传统机械臂柔顺性不够的缺陷。

    2、在控制刚柔混合机械臂时,大多数采用分开控制的方式,将刚性机械臂单元和刚柔混合机械臂单元作为两个低自由度的机械臂,分开处理,分开控制。这样处理的优点是在控制模型的处理上,比较简单。

    3、然而,如果将刚柔混合机械臂作为一个整体来操作,绕不开刚柔混合机械臂的逆运动学解算,相较于传统六自由度机械臂的逆运动学解析解,刚柔混合机械臂由于高度冗余,使得运动学模型更加复杂,无法直接解耦计算出刚柔混合机械臂所有关节的角度。


    技术实现思路

    1、本申请实施例提供了一种刚柔混合机械臂的控制方法、相关装置及存储介质,可以直接解耦计算出刚柔混合机械臂所有关节的角度。

    2、第一方面,本申请实施例提供了一种刚柔混合机械臂的控制方法,所述方法应用于刚柔混合机械臂,所述刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,所述方法包括:

    3、获取所述刚柔混合机械臂的物理构型信息;

    4、基于所述刚柔混合机械臂的物理构型信息和预设机械臂构型映射模型,确定所述刚柔混合机械臂的dh参数,所述机械臂构型映射模型用于将所述刚柔混合机械臂的物理机械臂构型映射为适于逆运动学解算的期望机械臂构型,所述机械臂构型映射模型基于十字正交活动关节映射为物理空间中相互正交的转动关节和摆动关节生成;

    5、基于所述dh参数处理得到各个关节的转换矩阵;

    6、根据所述转换矩阵及给定的目标位姿进行逆运动学解算,并根据解算结果生成各个关节的目标角度值;

    7、基于各个所述目标角度值调整对应的关节角度,以使得所述刚柔混合机械臂的末端运动至所述目标位姿。

    8、第二方面,本申请实施例还提供了一种刚柔混合机械臂,所述刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,所述刚柔混合机械臂采用上述方法进行控制。

    9、第三方面,本申请实施例还提供了一种刚柔混合机械臂的控制装置,所述刚柔混合机械臂的控制装置被配置于刚柔混合机械臂中,所述刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,所述刚柔混合机械臂的控制装置包括:

    10、收发单元,用于获取所述刚柔混合机械臂的物理构型信息;

    11、处理单元,用于基于所述刚柔混合机械臂的物理构型信息和预设机械臂构型映射模型,确定所述刚柔混合机械臂的dh参数,所述机械臂构型映射模型用于将所述刚柔混合机械臂的物理机械臂构型映射为适于逆运动学解算的期望机械臂构型,所述机械臂构型映射模型基于十字正交活动关节映射为物理空间中相互正交的转动关节和摆动关节生成;基于所述dh参数处理得到各个关节的转换矩阵;根据所述转换矩阵及给定的目标位姿进行逆运动学解算,并根据解算结果生成各个关节的目标角度值;基于各个所述目标角度值调整对应的关节角度,以使得所述刚柔混合机械臂的末端运动至所述目标位姿。

    12、第四方面,本申请实施例还提供了一种电子设备,其包括存储器及处理器,所述存储器上存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

    13、第五方面,本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,所述程序指令当被处理器执行时可实现上述方法。

    14、本申请实施例提供了一种刚柔混合机械臂的控制方法、相关装置及存储介质。具有以下有意效果:一方面,由于本申请将刚柔混合机械臂的物理机械臂构型映射为了适于逆运动学解算的期望机械臂构型,故本方案可以通过类似传统六、七自由度等机械臂构型的逆运动学解析解计算,直接解耦计算出刚柔混合机械臂所有关节的角度;另一方面,本申请可以同时对刚柔混合机械臂中的所有关节进行融合控制,故可以将刚柔混合机械臂作为一个整体进行控制,提高了刚柔混合机械臂的灵活度。



    技术特征:

    1.一种刚柔混合机械臂的控制方法,其特征在于,所述方法应用于刚柔混合机械臂,所述刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,所述方法包括:

    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,相邻两个关节的组合类型包括:纯刚组合关节、刚柔组合关节和纯柔组合关节;所述纯刚组合关节包括:第一刚性关节和第二刚性关节;所述刚柔组合关节包括:第一刚性关节和第一柔性关节;所述纯柔组合关节包括:第一柔性关节和第二柔性关节;其中,所述纯刚组合关节对应末端位姿误差小于所述刚柔组合关节对应末端位姿误差,所述刚柔组合关节对应末端位姿误差小于所述纯柔组合关节对应末端位姿误差;

    3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于各个所述目标角度值调整对应的关节角度之后,所述方法还包括:

    4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述通过所述实际角度值与所述目标角度值进行比对,确定末端位姿实际误差之后,所述方法还包括:

    5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述机械臂构′

    6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述刚柔混合机械臂依次包括:第一自由度的转动关节、第二自由度的摆动关节、第三自由度的摆动关节、第四、五自由度的十字正交活动关节和第六自由度的转动关节,所述十字正交活动关节为可绕轴周向弯曲的柔性关节,所述dh参数包括所述刚柔混合机械臂六个自由度对应的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆以及第六连杆中各连杆分别对应的连杆参数,所述连杆参数包括旋转角、关节偏移量、连杆长度以及扭角,其中:

    7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述转换矩阵及给定的目标位姿进行逆运动学解算,并根据解算结果生成各个关节的目标角度值,包括:

    8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述目标位姿为末端位姿矩阵:

    9.根据权利要求2至4中任一项所述的方法,其特征在于,六个自由度中各自由度的角度值均包括多个角度值;所述根据所述转换矩阵及给定的目标位姿进行逆运动学解算,并根据解算结果生成各个关节的目标角度值之后,所述方法还包括:

    10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述从多个所述角度组合中确定目标角度组合,包括:

    11.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述从多个所述角度组合中确定目标角度组合,包括:

    12.一种刚柔混合机械臂,其特征在于,所述刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,所述刚柔混合机械臂采用如权利要求1-11任一项所述的方法进行控制。

    13.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括存储器及处理器,所述存储器上存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。

    14.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,所述程序指令当被处理器执行时可实现如权利要求1-11中任一项所述的方法。


    技术总结
    本申请实施例公开了一种刚柔混合机械臂的控制方法、相关装置及存储介质。该方法应用于刚柔混合机械臂,刚柔混合机械臂包括十字正交活动关节,还包括转动关节和/或摆动关节,且各个关节为刚性关节或柔性关节,方法包括:获取刚柔混合机械臂的物理构型信息;基于刚柔混合机械臂的物理构型信息和预设机械臂构型映射模型,确定刚柔混合机械臂的DH参数,机械臂构型映射模型用于将物理机械臂构型映射为适于逆运动学解算的机械臂构型;基于DH参数处理得到各个关节的转换矩阵;根据转换矩阵及给定的目标位姿进行逆运动学解算确定各个关节的目标角度值;基于各个目标角度值调整对应的关节角度。通过本申请可直接解耦计算出刚柔混合机械臂所有关节的角度。

    技术研发人员:全锋,王琳
    受保护的技术使用者:万勋科技(深圳)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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