本公開涉及一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法、裝置、電子設(shè)備和可讀存儲介質(zhì)，屬于機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械臂的應(yīng)用越來越廣泛，對于機(jī)械臂需要完成的任務(wù)也就越來越復(fù)雜。目前工業(yè)機(jī)械臂已經(jīng)成熟應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，能夠替代人類完成抓取、涂膠、噴漆等作業(yè)。為了提高機(jī)械臂人機(jī)協(xié)作的能力，七自由度協(xié)作機(jī)械臂越來越受到行業(yè)關(guān)注。七自由度協(xié)作機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)避奇異，避障，優(yōu)化關(guān)節(jié)力矩等性能指標(biāo)。

2、對于七自由度機(jī)械臂求逆解時(shí)會存在無窮多組解，所以在求逆解的過程中需要引入一個(gè)虛擬參數(shù)臂角。臂角描述的是機(jī)械臂肘、腕、肩部形成的三角形與參考平面的夾角。對于srs構(gòu)型的機(jī)械臂，采用臂角計(jì)算逆解已經(jīng)相當(dāng)成熟。對于肘部和腕部有偏置的非srs構(gòu)型機(jī)械臂，可以先將腕部偏置簡化并構(gòu)造成srs型，再進(jìn)行求解。通過臂角參數(shù)化七自由度冗余機(jī)械臂的自運(yùn)動特性，即若機(jī)械臂有自運(yùn)動現(xiàn)象則其臂平面也會隨之轉(zhuǎn)動，臂角也隨之改變。

3、協(xié)作機(jī)械臂為了提高協(xié)同作業(yè)時(shí)人類的安全，會添加虛擬墻功能，保證機(jī)械臂在一個(gè)特定的工作空間內(nèi)工作，而不會穿過虛擬墻威脅人身安全。在現(xiàn)有技術(shù)中，虛擬墻一般對機(jī)械臂末端法蘭或者工具進(jìn)行笛卡爾空間內(nèi)的約束。通過對笛卡爾坐標(biāo)系三個(gè)方向上進(jìn)行限制，將機(jī)械臂工作空間約束在一定范圍內(nèi)，在零力拖動模式下，七自由度機(jī)械臂會表現(xiàn)出其自運(yùn)動的特性，這種特性會對用戶使用機(jī)械臂造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題之一，本公開提供了一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法、裝置、電子設(shè)備和可讀存儲介質(zhì)。

2、根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其包括：

3、控制機(jī)械臂在零力拖動模式下；

4、將機(jī)械臂的肩部關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和肘部關(guān)節(jié)所組成的平面設(shè)為臂平面；設(shè)定參考平面，將所述臂平面與參考平面之間的角設(shè)為臂角；設(shè)定虛擬墻面，其中，所述參考平面、臂平面以及虛擬墻面相交于同一條直線；

5、在機(jī)械臂運(yùn)動時(shí)，所述臂角沿第一方向發(fā)生變化，并使得臂平面接近虛擬墻面；當(dāng)臂平面與虛擬墻面重合時(shí)，對機(jī)械臂的臂平面中的肩部關(guān)節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行約束，以便阻礙臂平面在第一方向上越過虛擬墻面時(shí)以及越過虛擬墻面后的運(yùn)動。

6、根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，基于所述臂角設(shè)置預(yù)設(shè)臂角閾值范圍，將所述預(yù)設(shè)臂角閾值范圍所對應(yīng)的平面設(shè)置為虛擬墻面。

7、根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，當(dāng)臂角達(dá)到預(yù)設(shè)臂角閾值范圍時(shí)，基于機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的重力項(xiàng)、摩擦力項(xiàng)及阻力因子，計(jì)算所需的各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩以及為了阻礙臂角沿第一方向變化的抵抗力矩，并將所述驅(qū)動力矩和抵抗力矩施加到關(guān)節(jié)上。

8、根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，當(dāng)當(dāng)前臂角在預(yù)設(shè)臂角閾值范圍內(nèi)時(shí)，阻力因子為0；當(dāng)當(dāng)前臂角在預(yù)設(shè)臂角閾值范圍外時(shí)，計(jì)算阻力因子；如果計(jì)算的阻力因子大于第一預(yù)設(shè)閾值，則將阻力因子取值為第一預(yù)設(shè)閾值；如果計(jì)算的阻力因子小于第二預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將阻力因子取值為第二預(yù)設(shè)閾值，如果計(jì)算的阻力因子在第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值之間時(shí)，則阻力因子保持不變。

9、根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，所述第一預(yù)設(shè)閾值大于第二預(yù)設(shè)閾值。

10、根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，所述第一預(yù)設(shè)閾值大于0；和/或，所述第二預(yù)設(shè)閾值小于0。

11、根據(jù)本公開的另一方面，提供一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的裝置，其包括：

12、控制模塊，所述控制模塊用于控制機(jī)械臂在零力拖動模式下；以及

13、參數(shù)設(shè)置模塊，將機(jī)械臂的肩部關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和肘部關(guān)節(jié)所組成的平面設(shè)為臂平面；設(shè)定參考平面，將所述臂平面與參考平面之間的角設(shè)為臂角；設(shè)定虛擬墻面，其中，所述參考平面、臂平面以及虛擬墻面相交于同一條直線；

14、其中，在機(jī)械臂運(yùn)動時(shí)，所述臂角沿第一方向發(fā)生變化，并使得臂平面接近虛擬墻面；當(dāng)臂平面與虛擬墻面重合時(shí)，所述控制模塊還用于對機(jī)械臂的臂平面中的肩部關(guān)節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行約束，以便阻礙臂平面在第一方向上越過虛擬墻面時(shí)以及越過虛擬墻面后的運(yùn)動。

15、根據(jù)本公開的又一個(gè)方面，提供一種電子設(shè)備，其包括：

16、存儲器，所述存儲器存儲執(zhí)行指令；以及

17、處理器，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的執(zhí)行指令，使得所述處理器執(zhí)行如上述的方法。

18、根據(jù)本公開的又一個(gè)方面，提供一種可讀存儲介質(zhì)，所述可讀存儲介質(zhì)中存儲有執(zhí)行指令，所述執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)如上述的方法。

技術(shù)特征：

1.一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，基于所述臂角設(shè)置預(yù)設(shè)臂角閾值范圍，將所述預(yù)設(shè)臂角閾值范圍所對應(yīng)的平面設(shè)置為虛擬墻面。

3.如權(quán)利要求2所述的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，當(dāng)臂角達(dá)到預(yù)設(shè)臂角閾值范圍時(shí)，基于機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的重力項(xiàng)、摩擦力項(xiàng)及阻力因子，計(jì)算所需的各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩以及為了阻礙臂角沿第一方向變化的抵抗力矩，并將所述驅(qū)動力矩和抵抗力矩施加到關(guān)節(jié)上。

4.如權(quán)利要求3所述的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，當(dāng)當(dāng)前臂角在預(yù)設(shè)臂角閾值范圍內(nèi)時(shí)，阻力因子為0；當(dāng)當(dāng)前臂角在預(yù)設(shè)臂角閾值范圍外時(shí)，計(jì)算阻力因子；如果計(jì)算的阻力因子大于第一預(yù)設(shè)閾值，則將阻力因子取值為第一預(yù)設(shè)閾值；如果計(jì)算的阻力因子小于第二預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將阻力因子取值為第二預(yù)設(shè)閾值，如果計(jì)算的阻力因子在第一預(yù)設(shè)閾值和第二預(yù)設(shè)閾值之間時(shí)，則阻力因子保持不變。

5.如權(quán)利要求4所述的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)閾值大于第二預(yù)設(shè)閾值。

6.如權(quán)利要求5所述的對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)閾值大于0；和/或，所述第二預(yù)設(shè)閾值小于0。

7.一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的裝置，其特征在于，包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

9.一種可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲介質(zhì)中存儲有執(zhí)行指令，所述執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的方法，其包括：控制機(jī)械臂在零力拖動模式下；將機(jī)械臂的肩部關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和肘部關(guān)節(jié)所組成的平面設(shè)為臂平面；設(shè)定參考平面，將所述臂平面與參考平面之間的角設(shè)為臂角；設(shè)定虛擬墻面，其中，所述參考平面、臂平面以及虛擬墻面相交于同一條直線；在機(jī)械臂運(yùn)動時(shí)，所述臂角沿第一方向發(fā)生變化，并使得臂平面接近虛擬墻面；當(dāng)臂平面與虛擬墻面重合時(shí)，對機(jī)械臂的臂平面中的肩部關(guān)節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行約束，以便阻礙臂平面在第一方向上越過虛擬墻面時(shí)以及越過虛擬墻面后的運(yùn)動。本公開還提供一種對機(jī)械臂在零空間自運(yùn)動進(jìn)行約束的裝置、電子設(shè)備和可讀存儲介質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：牛沐青,吳靜遠(yuǎn),楊冬,趙越超,祝漢歧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京敏銳達(dá)致機(jī)器人科技有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9