机械臂控制方法、装置、机械臂及可读储存介质与流程

本公开涉及机械臂，尤其涉及一种机械臂控制方法、装置、机械臂及可读储存介质。

背景技术：

1、当前的机械臂控制方法主要基于对输入的机械臂末端控制参数进行逆解，以获取机械臂关节的控制参数。其中，数值逆解法由于具有不依赖机械臂关节构型的优点，被作为常用的逆解方法。然而，在机械臂的数值逆解法中，由于需要在单个控制周期内进行多次逆解计算，导致计算耗时大，且在机械臂接近奇异位型时，将产生极大值，导致逆解求解失败。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供一种机械臂控制方法、装置、机械臂及可读储存介质，以至少解决相关技术中存在的问题。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供了一种机械臂控制方法，所述方法包括：

3、获取机械臂末端的期望位置和机械臂末端处于所述期望位置时的期望速度；

4、根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量，其中，所述奇异位置权重与机械臂当前的关节位型相关；

5、根据所述机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量；

6、根据机械臂当前的关节位置，机械臂关节的速度控制量确定机械臂关节的位置控制量；

7、根据所述机械臂关节的速度控制量和位置控制量，控制机械臂移动。

8、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述方法还包括：

9、根据机械臂的最大长度以及预设的边界权重，确定机械臂能够达到的最大空间位置；

10、响应于所述期望位置超出所述最大空间位置，对所述期望位置进行校正，以使所述期望位置处于所述最大空间位置内。

11、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述方法还包括：

12、获取预设的机械臂的工作空间位置；

13、响应于所述期望位置超出所述工作空间位置，对所述期望位置进行校正，以使所述期望位置处于所述工作空间位置内。

14、结合本公开的任一实施方式，所述方法还包括：

15、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值小于或等于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述奇异位置权重为零；

16、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最小奇异值，且小于或等于机械臂在奇异位型的最大奇异值，所述奇异位置权重与当前关节位型的奇异值为正相关关系；

17、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最大奇异值，所述奇异位置权重为一；

18、其中，所述奇异值根据机械臂的关节位型与表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系的雅可比矩阵确定。

19、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述方法还包括：

20、响应于所述相对位置关系超出预设位置阈值，对所述相对位置关系进行校正，以使所述相对位置关系处于所述预设位置阈值内。

21、结合本公开的任一实施方式，所述根据所述机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量，包括：

22、基于雅可比矩阵和矩阵阻尼值，根据所述机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量；

23、其中，响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值小于或等于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述矩阵阻尼值与当前关节位型的奇异值为负相关关系；

24、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述矩阵阻尼值为零；

25、所述奇异值根据机械臂的关节位型与表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系的雅可比矩阵确定。

26、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂当前的关节位置，机械臂关节的速度控制量确定机械臂关节的位置控制量前，所述方法还包括：

27、根据雅可比矩阵、机械臂的自由度和机械臂的至少一个关节位置，确定机械臂关节的限位速度，所述雅可比矩阵表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系；

28、根据所述限位速度，更新所述机械臂关节的速度控制量。

29、结合本公开的任一实施方式，所述机械臂的至少一个关节位置包括机械臂关节的上边界位置、机械臂关节的下边界位置，以及机械臂关节的中点位置。

30、结合本公开的任一实施方式，所述机械臂末端的速度控制量表征机械臂末端在当前控制周期的移动速度；

31、所述机械臂关节的速度控制量表征机械臂关节在当前控制周期的移动速度；

32、所述机械臂关节的位置控制量表征机械臂关节在当前控制周期的移动位置。

33、根据本公开实施例的第二方面，提供了一种机械臂控制装置，所述装置包括：

34、参数获取模块，用于：获取机械臂末端的期望位置和机械臂末端处于所述期望位置时的期望速度；

35、末端速度确定模块，用于：根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量，其中，所述奇异位置权重与机械臂当前的关节位型相关；

36、关节速度确定模块，用于：根据所述机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量；

37、关节位置确定模块，用于：根据机械臂当前的关节位置，机械臂关节的速度控制量确定机械臂关节的位置控制量；

38、机械臂控制模块，用于：根据所述机械臂关节的速度控制量和位置控制量，控制机械臂移动。

39、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述装置还包括第一限位模块，用于：

40、根据机械臂的最大长度以及预设的边界权重，确定机械臂能够达到的最大空间位置；

41、响应于所述期望位置超出所述最大空间位置，对所述期望位置进行校正，以使所述期望位置处于所述最大空间位置内。

42、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述装置还包括第二限位模块，用于：

43、获取预设的机械臂的工作空间位置；

44、响应于所述期望位置超出所述工作空间位置，对所述期望位置进行校正，以使所述期望位置处于所述工作空间位置内。

45、结合本公开的任一实施方式，所述装置还包括权重确定模块，用于：

46、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值小于或等于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述奇异位置权重为零；

47、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最小奇异值，且小于或等于机械臂在奇异位型的最大奇异值，所述奇异位置权重与当前关节位型的奇异值为正相关关系；

48、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最大奇异值，所述奇异位置权重为一；

49、其中，所述奇异值根据机械臂的关节位型与表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系的雅可比矩阵确定。

50、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量前，所述装置还包括误差校正模块，用于：

51、响应于所述相对位置关系超出预设位置阈值，对所述相对位置关系进行校正，以使所述相对位置关系处于所述预设位置阈值内。

52、结合本公开的任一实施方式，在所述关节速度确定模块根据机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量时，具体用于：

53、基于雅可比矩阵和矩阵阻尼值，根据所述机械臂末端的速度控制量确定机械臂关节的速度控制量；

54、其中，响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值小于或等于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述矩阵阻尼值与当前关节位型的奇异值为负相关关系；

55、响应于机械臂在当前关节位型的最小奇异值大于机械臂在奇异位型的最小奇异值，所述矩阵阻尼值为零；

56、所述奇异值根据机械臂的关节位型与表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系的雅可比矩阵确定。

57、结合本公开的任一实施方式，在根据机械臂当前的关节位置，机械臂关节的速度控制量确定机械臂关节的位置控制量前，所述装置还包括第三限位模块，用于：

58、根据雅可比矩阵、机械臂的自由度和机械臂的至少一个关节位置，确定机械臂关节的限位速度，所述雅可比矩阵表征机械臂末端的速度控制量和机械臂关节的速度控制量之间映射关系；

59、根据所述限位速度，更新所述机械臂关节的速度控制量。

60、结合本公开的任一实施方式，所述机械臂的至少一个关节位置包括机械臂关节的上边界位置、机械臂关节的下边界位置，以及机械臂关节的中点位置。

61、结合本公开的任一实施方式，所述机械臂末端的速度控制量表征机械臂末端在当前控制周期的移动速度；

62、所述机械臂关节的速度控制量表征机械臂关节在当前控制周期的移动速度；

63、所述机械臂关节的位置控制量表征机械臂关节在当前控制周期的移动位置。

64、根据本公开实施例的第三方面，提供了一种机械臂，包括：

65、存储器，用于存储所述处理器可执行指令；

66、处理器，被配置为执行所述存储器中的可执行指令以实现上述第一方面任一实施方式所述方法的步骤。

67、根据本公开实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括机械臂，存储器，用于存储处理器可执行指令；处理器，被配置为执行所述存储器中的可执行指令以实现上述第一方面任一实施方式所述方法的步骤。可选地，该电子设备包括机器人。

68、根据本公开实施例的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面任一实施方式所述方法的步骤。

69、本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

70、通过机械臂末端当前位置与期望位置的相对位置关系、所述期望速度和奇异位置权重，确定机械臂末端的速度控制量，并据此逆解得到机械臂关节的相关控制参数。使得机械臂在每一个控制周期内均能够得到一个确定的关节控制参数，并在多个控制周期内进行逐步收敛，降低了单个控制周期内的计算耗时，此外，还通过所述奇异位置权重降低了机械臂奇异位置对逆解过程造成的求解失败等负面影响，提升了逆解计算结果的可靠性。

71、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。