机器人主手关节角度确定方法、装置、机器人及介质与流程

本发明涉及机器人，尤其涉及一种机器人主手关节角度确定方法、装置、机器人及介质。

背景技术：

1、七轴机器人又称冗余机器人，相较于六轴机器人，七轴机器人多了一个附加轴，该附加轴使机器人能够避开一定的目标，便于末端执行器到达特定的位置，可以更加灵活地适应一些特殊的工作环境。

2、运动学解算是机械臂控制的基础，运动学逆解是根据机械臂末端的目标位姿求解机械臂关节角的过程。根据建模方式的不同，运动学逆解可以分为解析法和数值法两种。

3、由于冗余机器人的机械臂的自由度大于笛卡尔空间维度，理论上，其运动学逆解具有无穷多组解，利用解析法求解很难找到最优的一组解。数值法通常采用迭代方式，但是现有迭代方法，存在耗时较长，实时性较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种机器人主手关节角度确定方法、装置、机器人及介质，以解决现有机器人主手关节角度确定速度较慢的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种机器人主手关节角度确定方法，用于控制七轴机器人，所述七轴机器人包括主手与从臂，所述主手包括七个轴包括：

3、如果所述主手的第一位姿不符合第一精度条件，则基于四元数球面姿态插值法，根据所述第一位姿、所述目标位姿、主手运动方向、从臂运动方向确定插值位姿；

4、将所述插值位姿相较于所述第一位姿的偏移量作为第一位姿偏移量；将所述第一位姿对应的各关节角度的组合作为第一关节角度组合，其中，关节用于连接相邻两轴；

5、基于所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合；

6、根据所述第二关节角度组合与所述第一关节角度组合确定第三关节角度组合，以及与所述第三关节角度组合对应的第三位姿；

7、确定所述第三位姿与所述插值位姿之间的位姿差，并基于所述位姿差确定所述第三位姿是否符合第二精度条件；

8、如果否，则将所述位姿差作为所述第一位姿偏移量，将所述第三关节角度组合作为第一角度组合，并返回所述基于所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合的步骤，直至所述第三位姿符合第二精度条件，将所述第三关节角度组合作为目标关节角度组合。

9、根据本发明的另一方面，提供了一种机器人主手关节角度确定装置，包括：

10、插值位姿模块，用于如果所述主手的第一位姿不符合第一精度条件，则基于四元数球面姿态插值法，根据所述第一位姿、所述目标位姿、主手运动方向、从臂运动方向确定插值位姿；

11、位姿偏移量模块，用于将所述插值位姿相较于所述第一位姿的偏移量作为第一位姿偏移量；将所述第一位姿对应的各关节角度的组合作为第一关节角度组合，其中，关节用于连接相邻两轴；

12、逆解模块，用于基于所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合；

13、第三位姿模块，用于根据所述第二关节角度组合与所述第一关节角度组合确定第三关节角度组合，以及与所述第三关节角度组合对应的第三位姿；

14、位姿差模块，用于确定所述第三位姿与所述插值位姿之间的位姿差，并基于所述位姿差确定所述第三位姿是否符合第二精度条件；

15、迭代模块，用于如果否，则将所述位姿差作为所述第一位姿偏移量，将所述第三关节角度组合作为第一角度组合，并返回所述基于所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合的步骤，直至所述第三位姿符合第二精度条件，将所述第三关节角度组合作为目标关节角度组合。

16、根据本发明的另一方面，提供了一种手术机器人，所述手术机器人包括：

17、主手与从臂；

18、连接所述主手与所述从臂的至少一个处理器；以及

19、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

20、所述存储器存储有可能被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的机器人主手关节角度确定方法。

21、根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的机器人主手关节角度确定方法。

22、本发明实施例的技术方案，基于四元数球面姿态插值法，根据所述第一位姿、所述目标位姿、主手运动方向、从臂运动方向确定插值位姿，提高了插值位姿的合理性与逼近目标位姿的速度；通过第三位姿与插值位姿之间的位姿差更新第一位姿偏移量，通过第三关节角度组合更新第一关节角度组合，以第一位姿偏移量与第一关节角度组合作为迭代参数，更新第三位姿直至第三位姿符合第二精度条件，提高了第三位姿的准确性，从而提高了目标关节角度组合确定的准确性，即第一位姿逆解确定的准确性。

23、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种机器人主手关节角度确定方法，其特征在于，用于控制七轴机器人，所述七轴机器人包括主手与从臂，所述主手包括七个轴，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于四元数球面姿态插值法，根据所述第一位姿、所述目标位姿、主手运动方向、从臂运动方向确定插值位姿，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于阻尼最小二乘法、所述第一位姿偏移量与所述第一关节角度组合确定与所述第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述雅克比伪逆矩阵、所述第一位姿偏移量与冗余约束控制数据确定包括各关节运动角度的第二关节角度组合，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述雅克比伪逆矩阵、所述第一位姿偏移量与冗余约束控制数据确定包括各关节运动角度的第二关节角度组合，包括：其中，e为第一位姿偏移量，j-1为雅克比伪逆矩阵，j为雅克比矩阵，h(q)表示q的微分熵，q为第一关节角度组合，为梯度运算符，k为设定常数，i为与j+j维度相同的单位矩阵。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下步骤确定所述第三位姿是否符合精度条件：

8.一种机器人主手关节角度确定装置，其特征在于，包括：

9.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的机器人主手关节角度确定方法。

技术总结本发明公开了一种机器人主手关节角度确定方法、装置、机器人及介质。该方法包括：基于四元数球面姿态插值法确定插值位姿；确定插值位姿相较于第一位姿的第一位姿偏移量，第一位姿对应的第一关节角度组合；确定与第一位姿偏移量对应的第二关节角度组合；根据第二关节角度组合与第一关节角度组合确定第三关节角度组合，以及第三关节角度组合对应的第三位姿与插值位姿之间的位姿差，如果第三位姿不符合第二精度条件，将位姿差作为第一位姿偏移量，将第三关节角度组合作为第一角度组合，返回确定第二关节角度组合的步骤，直至第三位姿符合第二精度条件，将第三关节角度组合作为目标关节角度组合。本发明可提高机器人主手关节角度确定的准确性。技术研发人员：沈志芳,梁云雷,苏衍宇,吕洪莉,徐凤宝受保护的技术使用者：哈尔滨思哲睿智能医疗设备股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13