【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗机器人，具体涉及一种七自由度机械臂运动的控制方法、装置及电子设备。
技术介绍
1、机械臂的工作空间具有6个自由度，包括3个位置自由度和3个旋转姿态自由度。机械臂的关节空间至少具有6个以上的自由度，才能满足在工作空间中机械臂的位置、姿态控制需求。相比于普通的六自由度机械臂而言，七自由度机械臂更加灵活，能够在不影响末端位姿的情况下进行障碍规避、奇异点规避等运动优化工作内容。因此，七自由度机械臂在医疗科技等领域得到了越来越多的应用。
2、一般机械臂的运动学问题包括三个部分：①运动学模型建立、②运动学正解(通过机械臂各关节角度值计算机械臂末端位置和姿态)、③运动学逆解(通过机械臂末端位置和姿态计算机械臂各关节角度值)。运动学逆解比较复杂，因为机械臂的结构和约束条件使得关节角度之间存在相互制约的关系，需要考虑到各种约束条件和可能的奇异性情况。在实际应用中，业内通常将逆解问题分为两大类求解方法：解析解法和数值解法。解析解法具有求解速度快、封闭解完备的优点，但是通常需要和机械臂的构型高度耦合，且对运动学模型的误差十分敏感，在模型的实际参数与理论参数不一致时会产生较大的末端位姿误差；数值解法本质上是迭代解法，推导过程简单，鲁棒性好，但计算量较大，会受到奇异位型的影响，且容易陷入局部最优解或无解。
3、由于七自由度机械臂的关节空间维度大于工作空间维度，理论上，唯一一个工作空间位姿可对应其关节空间的无穷多组解。因此，对于解析解法，通常还需要增加约束来进行求解；对于数值解法，通常还需要构造伪逆矩阵来进行迭代。
4、现有的方法通常是基于给定臂角以进行七自由度机械臂的运动学求解，在某些无法确定臂角输入的应用场景下，解决运动学问题变得较为抽象、复杂。
5、因此，现有技术还有待进一步发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种七自由度机械臂运动的控制方法、装置及电子设备，以解决现有技术存在的问题。
2、为达到上述技术目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种七自由度机械臂运动的控制方法，所述方法包括：
3、所述七自由度机械臂包括从基座至末端工作部依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节和第七关节，所述控制方法包括：
4、基于所述机械臂的理论运动学模型，建立理论运动学逆解方程，基于给定的末端位姿和指定的第三关节角度，根据理论运动学逆解方程，求得初始最优解；
5、基于所述机械臂的误差运动学模型和基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程，建立所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程；
6、基于初始最优解，通过所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，求解各个关节的角度。
7、具体的，所述基于所述机械臂的误差运动学模型和基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程，建立所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，包括：
8、根据所述机械臂的误差运动学模型，建立误差运动学正解方程；
9、根据所述误差运动学正解方程，建立除第三关节外的六个关节角度的误差微分运动学几何雅可比矩阵；
10、根据所述误差微分运动学几何雅可比矩阵，建立所述基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程；
11、根据所述基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程和预设的迭代系数，建立所述误差运动学逆解迭代方程。
12、具体的，所述基于给定的末端位姿和指定的第三关节角度，根据理论运动学逆解方程，求得初始最优解，包括：
13、根据所述机械臂的理论运动学模型，进行理论运动学逆解；
14、在所述理论运动学逆解的求解过程中，进行奇异位型判断；
15、当所述机械臂处于奇异位型时，将上一时刻机械臂的各个关节角度代入所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，进行迭代求解；
16、和/或，
17、当所述机械臂处于非奇异位型时，从所述理论运动学逆解获得的标准解中选取一组初始最优解，代入所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，进行迭代求解。
18、具体的，所述理论运动学逆解的求解过程包括：
19、按照第四关节角、第二关节角、第一关节角、第六关节角、第五关节角、第七关节角的顺序进行求解。
20、具体的，所述理论运动学逆解的求解过程还包括：
21、全部采用双反正切函数进行所述理论运动学逆解。
22、具体的，从所述理论运动学逆解获得的标准解中选取一组最优解，包括：
23、以所述上一时刻机械臂的各个关节角度为参考值，采用最小行程法对所述标准解进行选解，获得所述一组最优解。
24、具体的，从所述理论运动学逆解获得的标准解中选取一组最优解，还包括：
25、根据预设的关节角行程权重参数进行选解。
26、具体的，还包括：根据求解的所述各个关节的角度，控制所述七自由度机械臂的运动。
27、根据本专利技术的第二方面，提供一种七自由度机械臂运动的控制装置，所述七自由度机械臂包括从基座至末端工作部依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节和第七关节，所述控制装置包括：
28、初始最优解计算模块，用于基于所述机械臂的理论运动学模型，建立理论运动学逆解方程，基于给定的末端位姿和指定的第三关节角度，根据理论运动学逆解方程，求得初始最优解；
29、逆解迭代方程构建模块，用于基于所述机械臂的误差运动学模型和雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程，建立所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程；
30、关节角求解模块，用于基于初始最优解，通过所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，求解各个关节的角度。
31、具体的，所述逆解迭代方程构建模块，包括：
32、误差模型正解模块，用于根据所述机械臂的误差运动学模型，建立误差运动学正解方程；
33、第一变换模块，用于根据所述误差运动学正解方程，建立除第三关节外的六个关节角度的误差微分运动学几何雅可比矩阵；
34、第二变换模块，用于根据所述误差微分运动学几何雅可比矩阵，建立所述基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程；
35、第三变换模块，用于根据所述基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程和预设的迭代系数，建立所述误差运动学逆解迭代方程。
36、具体的，所述初始最优解计算模块包括：
37、奇异位判断模块，用于根据所述机械臂的理论运动学模型，进行理论运动学逆解，并在所述理论运动学逆解的求解过程中，进行奇异位型判断；
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种七自由度机械臂运动的控制方法，所述七自由度机械臂包括从基座至末端工作部依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节和第七关节，其特征在于，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述基于所述机械臂的误差运动学模型和基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程，建立所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，包括：
3.根据权利要求2所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述基于给定的末端位姿和指定的第三关节角度，根据理论运动学逆解方程，求得初始最优解，包括：
4.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述理论运动学逆解的求解过程包括：
5.根据权利要求4所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述理论运动学逆解的求解过程还包括：
6.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，从所述理论运动学逆解获得的标准解中选取一组最优解，包括：
7.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方
8.根据权利要求1所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，还包括：根据求解的所述各个关节的角度，控制所述七自由度机械臂的运动。
9.一种七自由度机械臂运动的控制装置，所述七自由度机械臂包括从基座至末端工作部依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节和第七关节，其特征在于，所述控制装置包括：
10.根据权利要求9所述的七自由度机械臂运动的控制装置，其特征在于，所述逆解迭代方程构建模块，包括：
11.根据权利要求9所述的七自由度机械臂运动的控制装置，其特征在于，所述初始最优解计算模块包括：
12.根据权利要求11所述的七自由度机械臂运动的控制装置，其特征在于，所述标准解的求解顺序依次为：
13.根据权利要求11所述的七自由度机械臂运动的控制装置，其特征在于，从所述标准解中选取一组最优解的算法，包括：
14.根据权利要求9所述的七自由度机械臂运动的控制装置，其特征在于，还包括：
15.一种电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种七自由度机械臂运动的控制方法，所述七自由度机械臂包括从基座至末端工作部依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节和第七关节，其特征在于，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述基于所述机械臂的误差运动学模型和基于雅可比伪逆的阻尼最小二乘微分运动学方程，建立所述机械臂的误差运动学逆解迭代方程，包括：
3.根据权利要求2所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述基于给定的末端位姿和指定的第三关节角度，根据理论运动学逆解方程，求得初始最优解，包括：
4.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述理论运动学逆解的求解过程包括：
5.根据权利要求4所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，所述理论运动学逆解的求解过程还包括：
6.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，从所述理论运动学逆解获得的标准解中选取一组最优解，包括：
7.根据权利要求3所述的七自由度机械臂运动的控制方法，其特征在于，从...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁昌，刘重续，
申请(专利权)人：北京天智航医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。