一种机械臂末端稳定方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械臂末端稳定方法、装置、设备及存储介质，该方法可实现四足机器人在动态运动中保持机械臂末端长时间稳定对准，指向目标空间位置，而不需要额外增加末端稳定装置。方法稳定精确度高，可结合机械臂操控精度合理划分执行空间网格粒度，以保证操控精确性；实时成本低、难度小，不需要额外硬件设施；逻辑闭环，可结合环境实时不断调整，机械臂末端稳定响应快、鲁棒性强。鲁棒性强。鲁棒性强。

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂末端稳定方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及机械臂控制
，特别是涉及一种机械臂末端稳定方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]四足机器人在腿式机器人技术研究中具备最高成熟度，目前已陆续有商业程度很高的消费类四足机器人问世，并在实用性和创新性方面都得到认可。机械臂是一种高精度、多自由度、高度非线性、强耦合的复杂系统，其可代替真人手臂执行一些处置功能，如工业装配、机械仿生、防爆排爆等。四足机器人配备机械臂可提升其实用性，一方面机械臂配合机械爪，可以实现抓取，开门等功能；另一方面，机械臂配合光电摄像头，可实现多角度、灵活拍摄。
[0003]但是，四足机器人配备机械臂运用受到机械臂末端稳定度影响。首先，采用液压或者电驱模式的四足机器人在运行过程中自身存在一定抖动，导致机械臂末端抖动，难以对准作业目标；其次，行进过程中的四足机器人也将受到环境的影响：1.崎岖路面将带来机身抖动；2.行进过程中，不断改变身姿也将对机械臂造成扰动。这些因素综合起来将造成机械臂难以长时间稳定瞄准目标物体，导致其作业失败。
[0004]专利号：202210844220的专利中公开了一种提高机械臂末端随动稳定性的控制方法，包括：机械臂接收末端目标姿态Pinital；基于机械臂的当前姿态对末端目标姿态Pinital进行滤波处理，得到消除噪声后的姿态Pfilter；对姿态Pfilter进行校正，得到校正后的姿态Pcorrect；将姿态Pcorrect转换最终的姿态Pfinal；控制机械臂运动到最终的姿态Pfinal。
[0005]然而，该专利存在以下缺点：
[0006]1.稳定结果主要基于末端目标姿态Pinital指标，该指标精度无法明确；
[0007]2.不适用于机械臂承载平台处于运动场景。
[0008]3.算法没有形成闭环，不能适用于动态调整场景。
[0009]因此，如何提供一种机械臂末端稳定方法，可满足机械臂大部分场景末端稳定要求，同时具有高效性，实时性以及普适性等特点，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

技术实现思路

[0010]鉴于上述问题，本专利技术提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种机械臂末端稳定方法、装置、设备及存储介质。针对四足机器人自身抖动，以及其在任务过程中不断变换姿态，以及颠簸地形等因素带来机械臂末端稳定扰动和姿态误差，本申请实施例提供的方法可以解决运动场景下基于四足机器人平台的机械臂末端稳定问题。
[0011]本专利技术提供了如下方案：
[0012]一种机械臂末端稳定方法，包括：
[0013]获取移动平台在世界坐标系中的当前平台位姿以及末端执行器当前关节角度；
[0014]利用所述世界坐标系中的当前平台位姿以及所述当前关节角度计算获得所述末端执行器在世界坐标系中的当前末端执行器位姿；
[0015]利用所述世界坐标系中的当前平台位姿获得理想条件下所述移动平台到达可达目标物体的区域后世界坐标系中的目标平台位姿以及世界坐标系中的目标末端执行器位姿；
[0016]根据所述世界坐标系中的当前平台位姿生成所述移动平台到达所述世界坐标系中的目标平台位姿的移动路径；
[0017]利用所述世界坐标系中的当前末端执行器位姿计算获得移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿；
[0018]确定位姿期望值，所述位姿期望值为所述移动平台沿所述运动路径运动后所述末端执行器到达容差区域所述末端执行器所需的运动；所述末端执行器移动至所述容差区域内可成功完成抓取目标物体；
[0019]利用所述位姿期望值以及所述移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿计算获得所述位姿期望值的概率分布；
[0020]从所述概率分布中采样获得移动平台坐标系中的目标末端执行器位姿；
[0021]利用所述位姿期望值、所述概率分布以及所述移动平台坐标系中的目标末端执行器位姿结合姿态评估公式获得评价值；
[0022]调整所述位姿期望值为目标位姿期望值，所述目标位姿期望值用于使所述评价值小于评价值阈值；
[0023]利用所述目标位姿期望值通过逆运动学计算所述末端执行器所需的关节角。
[0024]优选地：所述位姿期望值的概率分布通过下式获得：
[0025][0026]式中，为位姿期望值的概率分布，x
h
为移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿，P(x
h
)为移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿的概率分布。
[0027]优选地：所述P(x
G
)通过下式获得：
[0028]P(x
h
)＝∫P(x
h
∣x
G
)P(x
G
)dx
G
[0029]式中，x
G
为世界坐标系中的当前平台位姿，P(x
G
)为基于世界坐标系的平台姿态的概率分布。
[0030]优选地：所述姿态评估公式由下式表示：
[0031][0032]式中，C为评价值，k(x)是函数用于通过逆运动学计算末端执行器的关节角。
[0033]优选地：所述容差区域由下式表示：
[0034]Z＝Z
m
∩Z
g
[0035]式中，Z为容差区域，Z
m
为校正目标区域，Z
g
为要抓取的区域。
[0036]优选地：还包括：
[0037]将所述可达目标物体的区域划分为若干网格；
[0038]随机选择所述移动平台可存在的目标网格；
[0039]评估所述目标网格中的所述末端执行器位姿和四个相邻的位姿，以使所述移动平台移动到最佳网格。
[0040]优选地：更改所述末端执行器姿势预先生成的与若干所述网格对应的若干评估图，并将所有结果数据注册到数据库中；
[0041]将所述移动平台的位置位于每个所述网格的中心；
[0042]当输入新的目标末端执行器位姿时，从所述数据库中选择在相邻所述末端执行器位姿处生成的评估图；
[0043]通过线性插值基于所选地图生成新地图，在生成的新地图上搜索最佳网格并确定所述移动平台的位置和方向。
[0044]一种机械臂末端稳定装置，包括：
[0045]位姿及角度获取单元，用于获取移动平台在世界坐标系中的当前平台位姿以及末端执行器当前关节角度；
[0046]世界坐标系中的当前末端执行器位姿获取单元，用于利用所述世界坐标系中的当前平台位姿以及所述当前关节角度计算获得所述末端执行器在世界坐标系中的当前末端执行器位姿；
[0047]目标位姿获取单元，用于利用所述世界坐标系中的当前平台位姿获得理想条件下所述移动平台到达可达目标物体的区域后世界坐标系中的目标平台位姿以及世界坐标系中的目标末端执行器位姿；
[0048]移动路径确定单元，用于根据所述世界坐标系中的当前平台位姿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂末端稳定方法，其特征在于，包括：获取移动平台在世界坐标系中的当前平台位姿以及末端执行器当前关节角度；利用所述世界坐标系中的当前平台位姿以及所述当前关节角度计算获得所述末端执行器在世界坐标系中的当前末端执行器位姿；利用所述世界坐标系中的当前平台位姿获得理想条件下所述移动平台到达可达目标物体的区域后世界坐标系中的目标平台位姿以及世界坐标系中的目标末端执行器位姿；根据所述世界坐标系中的当前平台位姿生成所述移动平台到达所述世界坐标系中的目标平台位姿的移动路径；利用所述世界坐标系中的当前末端执行器位姿计算获得移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿；确定位姿期望值，所述位姿期望值为所述移动平台沿所述运动路径运动后所述末端执行器到达容差区域所述末端执行器所需的运动；所述末端执行器移动至所述容差区域内可成功完成抓取目标物体；利用所述位姿期望值以及所述移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿计算获得所述位姿期望值的概率分布；从所述概率分布中采样获得移动平台坐标系中的目标末端执行器位姿；利用所述位姿期望值、所述概率分布以及所述移动平台坐标系中的目标末端执行器位姿结合姿态评估公式获得评价值；调整所述位姿期望值为目标位姿期望值，所述目标位姿期望值用于使所述评价值小于评价值阈值；利用所述目标位姿期望值通过逆运动学计算所述末端执行器所需的关节角。2.根据权利要求1所述的机械臂末端稳定方法，其特征在于，所述位姿期望值的概率分布通过下式获得：式中，为位姿期望值的概率分布，x
h
为移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿，P(x
h
)为移动平台坐标系中的当前末端执行器位姿的概率分布。3.根据权利要求2所述的机械臂末端稳定方法，其特征在于，所述P(x
G
)通过下式获得：P(x
h
)＝∫P(x
h
∣x
G
)P(x
G
)dx
G
式中，x
G
为世界坐标系中的当前平台位姿，P(x
G
)为基于世界坐标系的平台姿态的概率分布。4.根据权利要求2所述的机械臂末端稳定方法，其特征在于，所述姿态评估公式由下式表示：式中，C为评价值，k(x)是函数用于通过逆运动学计算末端执行器的关节角。5.根据权利要求1所述的机械臂末端稳定方法，其特征在于，所述容差区域由下式表示：Z＝Z
m
∩Z
g
式中，Z为容差区域，Z
m
为校正目标区域，Z
g
为要抓取的区域。6.根据权利要求1所述的机械臂末端稳定方法，其特征在于，还包括：将所述可达目标物体的区域划分为若干网格；随机选择所述移动平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟权，郝云刚，曾刊，朱松柏，胡欣，王钤，张振禹，许甜甜，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：