一种机械手臂控制方法与流程

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种机械手臂控制方法。

背景技术：

随着工业自动化水平的提升，机械手臂代替人工进行作业越来越得到普及，目前，机器人技术多采用"示教模式"，即预先设定工具头的工作位置，机器人到达，所述工作位置记录下坐标与姿态，然后按照已记录的坐标与姿态运动到所述工作位置；然而在该方法中,机器人只能到达预先确定的位置，而不能实时控制机器人运动至目标位置。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机械手臂控制方法，用于解决现有技术中机器人便于实时控制的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机械手臂控制方法，包括：根据目标位置建立目标坐标系，并根据机械手臂建立机械手臂坐标系；获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点，i≥1，且i为正整数；定义所述第i共同点在所述目标坐标系下的坐标为第i一坐标，定义所述第i共同点在所述机械手臂坐标系下的坐标为第i二坐标，计算所述第i一坐标与所述第i二坐标之间的映射关系；根据第i一坐标以及所述映射关系计算出第i二坐标，完成所述机械手臂控制。

可选的，所述映射关系数学表达为：

其中，λ为缩放因子，r为旋转矩阵，为所述第i一坐标矩阵，为所述第i二坐标矩阵。

可选的，所述映射关系数学表达为：

其中，λ为缩放因子，r为旋转矩阵，为所述第i一坐标矩阵，为所述第i二坐标矩阵，为所述目标坐标系的原点与所述机械手臂坐标系的原点之间的坐标差值矩阵。

可选的，所述缩放因子的数学表达为：

其中，(xi，yi，zi)为所述第i一坐标的坐标值，(xi'，yi'，zi')为所述第i二坐标的坐标值。

可选的，i≥3。

可选的，如果λ≥2，则重新获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点。

可选的，所述旋转矩阵的数学表达为：

r＝(i-s)-1(i+s)

其中，i为单位矩阵，s为反对称矩阵，a为第一罗德里格参数，b为第二罗德里格参数，c为第三罗德里格参数。

可选的，所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数的数学表达为：

v3nx1＝a3nx3x3x1-l3nx1

x3x1＝[a,b,c]^t

[a,b,c]^t＝(a3nx3^ta3nx3)^-1a3nx3^tl3nx1

可选的，获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点具体过程为：在所述目标坐标系下确定所述第一共同点、所述第二共同点、……、以及所述第i共同点，记录第一一坐标、第二一坐标、……、以及第i一坐标；将所述机械手臂的末端位置分别移动至所述第一共同点、所述第二共同点、……、以及所述第i共同点，记录第一二坐标、第二二坐标、……、以及第i二坐标。

如上所述，本发明的机械手臂控制方法，具有以下有益效果：

通过获取第i共同点在目标坐标系下的第一一坐标、第二一坐标、……、以及第i一坐标以及机械手臂坐标系下的第一二坐标、第二二坐标、……、以及第i二坐标，便于获取第i一坐标与第i二坐标之间的映射关系；

在实际操作过程中，通过所述第i一坐标以及所述映射关系计算出所述第i二坐标，实现实时控制，精确度较高，且相应迅速。

附图说明

图1显示为本发明实施例的机械手臂控制方法流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，本发明提供一种机械手臂控制方法，包括：

s1：根据目标位置建立目标坐标系，并根据机械手臂建立机械手臂坐标系；

s2：获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点，i≥1，且i为正整数；

s3：定义所述第i共同点在所述目标坐标系下的坐标为第i一坐标，定义所述第i共同点在所述机械手臂坐标系下的坐标为第i二坐标，计算所述第i一坐标与所述第i二坐标之间的映射关系；

s4：根据第i一坐标以及所述映射关系计算出第i二坐标；

s5：完成所述机械手臂控制。在实际控制过程之前，先确定所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点，然后获取所述第i共同点在所述目标坐标系下对应的第i一坐标以及第i共同点在所述机械手臂坐标系下对应的第i二坐标，计算第i一坐标与第i二坐标之间的映射关系，在目标坐标系下，通过输入第i一坐标换算成第i二坐标，进而实现机械手臂的实时控制。

进一步地，所述映射关系数学表达为：

其中，λ为缩放因子，r为旋转矩阵，为所述第i一坐标矩阵，为所述第i二坐标矩阵。

较佳地，所述映射关系数学表达为：

其中，λ为缩放因子，r为旋转矩阵，为所述第i一坐标矩阵，为所述第i二坐标矩阵，为所述目标坐标系的原点与所述机械手臂坐标系的原点之间的坐标差值矩阵。

更进一步地，所述缩放因子的数学表达为：

其中，(xi，yi，zi)为所述第i一坐标的坐标值，(xi'，yi'，zi')为所述第i二坐标的坐标值，优选地，i≥3，例如，在具体实施过程中，i可以为5。

获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点具体过程为：在所述目标坐标系下确定所述第一共同点、所述第二共同点、……、以及所述第i共同点，记录第一一坐标、第二一坐标、……、以及第i一坐标；将所述机械手臂的末端位置分别移动至所述第一共同点、所述第二共同点、……、以及所述第i共同点，记录第一二坐标、第二二坐标、……、以及第i二坐标，在实际测量中，即所述机械手臂的末端位置与所述第i共同点的对准过程中，基于同一操作对象的坐标描述其没有缩放，因此λ应近似为1；如果偏差过大则进行重新校正，例如，λ≥2，则重新获取所述目标坐标系与所述机械手臂坐标系的第i共同点。

较佳地，所述旋转矩阵的数学表达为：

r＝(i-s)-1(i+s)(3)

其中，i为单位矩阵，s为反对称矩阵，a为第一罗德里格参数，b为第二罗德里格参数，c为第三罗德里格参数，将公式(3)和公式(4)联立可得：

将公式(5)展开可得：

进一步地，所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数的数学表达为：

v3nx1＝a3nx3x3x1-l3nx1(6)

x3x1＝[a,b,c]^t(7)

将公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)联立可得：

[a,b,c]^t＝(a3nx3^ta3nx3)^-1a3nx3^tl3nx1(10)

可将，公式10中表达的所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数代入公式3获取旋转矩阵，进而获取所述映射关系，所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数采用矩阵解的表达，在实际计算的过程中，所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数可以换算为具体的解析解，然而在实际的计算过程中，解析解的计算容易产生多次的迭代误差，因此所述第一罗德里格参数、所述第二罗德里格参数以及所述第三罗德里格参数采用矩阵解的表达不仅更便于计算，而且减少了迭代误差。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。