本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械臂的操作方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械臂在人們的生產(chǎn)和生活中起到越來(lái)越重要的作用，機(jī)械臂的應(yīng)用也逐漸從汽車工業(yè)、模具制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，向農(nóng)業(yè)、醫(yī)療以及服務(wù)行業(yè)發(fā)展。

目前，人們可以通過(guò)按鍵、遙感手柄以及力反饋手柄等操作方式操作機(jī)械臂，由于人們的操作速度會(huì)影響機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)或抓取效果，所以剛接觸機(jī)械臂操作的用戶需要花上一段不短時(shí)間去適應(yīng)機(jī)械臂的操作，此外機(jī)械臂操作的安全性和效率的兼容程度也有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械臂的操作方法及裝置，旨在解決在現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械臂操作平穩(wěn)度不足，不便于用戶操作且安全性不足的問(wèn)題。

一方面，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂的操作方法，所述方法包括下述步驟：

接收用戶通過(guò)預(yù)先連接的操作端發(fā)送的操作指令，對(duì)所述操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)；

根據(jù)所述速度信號(hào)和所述機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，生成期望的末端位姿，判斷所述期望的末端位姿是否位于預(yù)設(shè)工作范圍內(nèi)；

當(dāng)所述期望的末端位姿位于所述工作范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解所述期望的末端位姿下所述機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，檢測(cè)所有目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制；

當(dāng)所述所有目標(biāo)角度都滿足所述關(guān)節(jié)空間限制時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解在所述目標(biāo)角度下所述所有關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)笛卡爾空間的位置，檢測(cè)所述所有關(guān)節(jié)的位置是否滿足預(yù)設(shè)的笛卡爾空間限制；

當(dāng)所述所有關(guān)節(jié)的位置都滿足所述笛卡爾空間限制時(shí)，將所述期望的末端位姿發(fā)送給所述機(jī)械臂。

另一方面，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂的操作裝置，所述裝置包括：

信號(hào)處理模塊，接收用戶通過(guò)預(yù)先連接的操作端發(fā)送的操作指令，對(duì)所述操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)；

位姿判斷模塊，用于根據(jù)所述速度信號(hào)和所述機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，生成期望的末端位姿，判斷所述期望的末端位姿是否位于預(yù)設(shè)工作范圍內(nèi)；

關(guān)節(jié)限制檢測(cè)模塊，用于當(dāng)所述期望的末端位姿位于所述工作范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解所述期望的末端位姿下所述機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，檢測(cè)所有目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制；

空間限制檢測(cè)模塊，用于當(dāng)所述所有目標(biāo)角度都滿足所述關(guān)節(jié)空間限制時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解在所述目標(biāo)角度下所述所有關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)笛卡爾空間的位置，檢測(cè)所述所有關(guān)節(jié)的位置是否滿足預(yù)設(shè)的笛卡爾空間限制；以及

機(jī)械臂操作模塊，用于當(dāng)所述所有關(guān)節(jié)的位置都滿足所述笛卡爾空間限制時(shí)，將所述期望的末端位姿發(fā)送給所述機(jī)械臂。

本發(fā)明在接收到用戶通過(guò)預(yù)先連接的操作端發(fā)送的操作指令時(shí)，通過(guò)非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，將該操作指令轉(zhuǎn)換為速度信號(hào)，通過(guò)該速度信號(hào)和機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，生成期望的末端位姿，在確定該末端位姿位于預(yù)設(shè)的工作范圍內(nèi)后，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解在期望的末端位姿下機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，檢測(cè)這些目標(biāo)角度是否都滿足關(guān)節(jié)空間限制，當(dāng)滿足時(shí)，再通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解在這些目標(biāo)角度下機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置，檢測(cè)這些位置是否滿足笛卡爾空間限制，當(dāng)滿足時(shí)，將期望的末端位姿發(fā)送給機(jī)械臂，從而通過(guò)對(duì)操作指令的非線性處理有效地提高了操作的平穩(wěn)性，相較于線性處理增大了調(diào)速范圍，通過(guò)關(guān)節(jié)空間限制和笛卡爾空間限制的串行檢測(cè)，有效地降低了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的運(yùn)算次數(shù)，降低了對(duì)處理器的要求，能運(yùn)行在更低成本的處理器上，同時(shí)還有效地提高了機(jī)械臂操作的安全性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的機(jī)械臂的操作方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的機(jī)械臂的操作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的機(jī)械臂的操作裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述：

實(shí)施例一：

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例一提供的機(jī)械臂的操作方法的實(shí)現(xiàn)流程，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下：

在步驟s101中，接收用戶通過(guò)預(yù)先連接的操作端發(fā)送的操作指令，對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例適用于機(jī)械臂的操作平臺(tái)或系統(tǒng)。為了避免操作端的擱置平臺(tái)不平穩(wěn)引誤動(dòng)作、或者操作端在操作某一操作通道時(shí)引起其它操作通道的聯(lián)動(dòng)帶來(lái)的誤動(dòng)作(操作端控制的每個(gè)位移方向可分別對(duì)應(yīng)一個(gè)操作通道，例如，當(dāng)搖桿可以操作上下左右前后六個(gè)位移方向時(shí)，該搖桿可控制六個(gè)操作通道)，為操作端的每個(gè)操作通道的控制量設(shè)置一個(gè)信號(hào)下限值。當(dāng)操作通道的控制量低于操作通道的信號(hào)下限值時(shí)，可認(rèn)為該操作通道沒(méi)有控制量輸出，即沒(méi)有操作指令輸出，當(dāng)操作通道的控制量高于信號(hào)上限值時(shí)，可認(rèn)為該操作通道的控制量為信號(hào)上限值，當(dāng)操作通道的控制量位于信號(hào)上限值和信號(hào)上限值之間時(shí)，可根據(jù)預(yù)設(shè)的非線性關(guān)系對(duì)操作通道的控制量進(jìn)行非線性處理，從而使得在低速操作階段使得控制量比較平穩(wěn)，有利于機(jī)械手臂的平穩(wěn)運(yùn)行，相較于線性處理，非線性處理增大了操作的調(diào)速范圍，有效地提高了用戶體驗(yàn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理后，通過(guò)預(yù)設(shè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將操作指令轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)的速度信號(hào)。

具體地，操作端可為搖桿手柄、力反饋手柄等。優(yōu)選地，采用三維鼠標(biāo)作為操作端，從而降低用戶操作的復(fù)雜度，操作方式易于掌握。其中，三維鼠標(biāo)又稱為三維空間交互球，常用于六個(gè)自由度虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬交互，所以可將三維鼠標(biāo)用于操作六個(gè)自由度的機(jī)械臂。

在步驟s102中，根據(jù)速度信號(hào)和機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，生成期望的末端位姿。

在本發(fā)明實(shí)施例中，獲得速度信號(hào)后，可獲取機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，根據(jù)速度信號(hào)和機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，可生成機(jī)械臂期望的末端位姿，即機(jī)械臂末端執(zhí)行器按照速度信號(hào)運(yùn)動(dòng)后所得到的位置和姿態(tài)。

在步驟s103中，判斷期望的末端位姿是否位于預(yù)設(shè)工作范圍內(nèi)

在本發(fā)明實(shí)施例中，工作范圍即機(jī)械臂末端執(zhí)行器可以達(dá)到的空間范圍，通過(guò)判斷機(jī)械臂末端的期望位姿是否位于工作區(qū)域內(nèi)，來(lái)確定用戶的操作指令是否可行。當(dāng)期待的末端位姿位于工作范圍內(nèi)時(shí)，確定用戶的操作指令可行，執(zhí)行步驟s104，否則執(zhí)行步驟s109。

在步驟s104中，通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解期望的末端位姿下機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度。

在本發(fā)明實(shí)施例中，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)即根據(jù)期望的末端位姿(即機(jī)械臂末端執(zhí)行器的期望位姿)求解出與該期望的末端位姿相對(duì)于的機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的輸出角度，即目標(biāo)角度。先通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型算法求解出該期望的末端位姿下目標(biāo)角度的多組解，將每組解對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)值與機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)當(dāng)前角度對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)值進(jìn)行最小二乘法運(yùn)算，獲取每組解對(duì)應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果，并將最小的運(yùn)算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的一組解確定為所有目標(biāo)角度的有效解，從而保證機(jī)械臂可根據(jù)目標(biāo)角度以較短的運(yùn)動(dòng)時(shí)間達(dá)到下一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在步驟s105中，檢測(cè)所有目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制。

在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械臂的每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)角度極限值，即關(guān)節(jié)的角度最大或最小為這個(gè)角度極限值，一旦關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度超過(guò)了該關(guān)節(jié)的角度極限值，該關(guān)節(jié)的角度無(wú)法達(dá)到這個(gè)目標(biāo)角度。關(guān)節(jié)的運(yùn)行速度也受限于關(guān)節(jié)的機(jī)電特性，當(dāng)關(guān)節(jié)為了達(dá)到目標(biāo)角度需要運(yùn)動(dòng)一個(gè)比較大的角度時(shí)需要較快的運(yùn)行速度，一旦需要的運(yùn)行速度超過(guò)該關(guān)節(jié)的速度極限值時(shí)，機(jī)械臂各關(guān)節(jié)很可能無(wú)法同時(shí)達(dá)到目標(biāo)角度，進(jìn)而無(wú)法保證機(jī)械臂的末端位姿，導(dǎo)致機(jī)械臂末端位姿的不穩(wěn)定。所以，在確定所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度后，檢測(cè)所有的目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制，其中，包括檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度是否未超過(guò)相應(yīng)的角度極限值、以及檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)為達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)角度所需的運(yùn)行速度是否超過(guò)相應(yīng)的速度極限值。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)所有目標(biāo)角度都滿足關(guān)節(jié)空間限制時(shí)，執(zhí)行步驟s106，否則執(zhí)行步驟s109。

在步驟s106中，通過(guò)預(yù)設(shè)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解機(jī)械臂在目標(biāo)角度下所有關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)笛卡爾空間的位置。

在本發(fā)明實(shí)施例中，正運(yùn)動(dòng)學(xué)即根據(jù)機(jī)械臂末端執(zhí)行器的期望位姿下各關(guān)節(jié)的角度(即目標(biāo)角度)求解各關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置(即坐標(biāo))，可理解為將機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間映射到笛卡爾空間，具體地，可通過(guò)d-h參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行求解。

在步驟s107中，檢測(cè)所有關(guān)節(jié)的位置是否滿足預(yù)設(shè)的笛卡爾空間限制。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在求解到目標(biāo)角度下各關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置后，進(jìn)行笛卡爾空間的防碰撞檢查，可通過(guò)坐標(biāo)檢測(cè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的位置是否位于笛卡爾空間中預(yù)設(shè)的障礙物區(qū)域內(nèi)，以此來(lái)確定所有關(guān)鍵的位置是否滿足笛卡爾空間限制。當(dāng)不存在位于障礙物區(qū)域內(nèi)的關(guān)節(jié)時(shí)，執(zhí)行步驟s108，否則執(zhí)行步驟s109。

在步驟s108中，將期望的末端位姿發(fā)送給機(jī)械臂。

在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械臂末端的期望位姿連續(xù)經(jīng)過(guò)了且滿足了關(guān)節(jié)空間的限制檢測(cè)和笛卡爾空間的限制檢測(cè)，因此將期望的末端位姿發(fā)送給機(jī)械臂，使得機(jī)械臂末端安全且快速地運(yùn)行到期望位姿。

在步驟s109中，拒絕用戶的操作指令。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)期望的末端位姿不位于工作范圍內(nèi)或機(jī)械臂關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度超過(guò)了對(duì)應(yīng)的角度極限值或關(guān)節(jié)為達(dá)到目標(biāo)角度所需的運(yùn)行速度超過(guò)了相應(yīng)的速度極限值或關(guān)節(jié)的位置在笛卡爾空間的障礙物區(qū)域內(nèi)時(shí)，拒絕用戶的操作指令。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)，有效地提高了低速階段操作端的平穩(wěn)性、增大了操作端的調(diào)速范圍，提高了機(jī)械臂操作的便捷度和用戶體驗(yàn)，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)行到期望的末端位姿時(shí)的關(guān)節(jié)串行進(jìn)行關(guān)節(jié)空間的限制檢測(cè)和笛卡爾空間的限制檢測(cè)，降低了運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算次數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)，有效地提高了機(jī)械臂操作的安全性。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，如rom/ram、磁盤(pán)、光盤(pán)等。

實(shí)施例二：

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例二提供的機(jī)械臂的操作裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，其中包括：

信號(hào)處理模塊21，接收用戶通過(guò)預(yù)先連接的操作端發(fā)送的操作指令，對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，為了避免操作端的擱置平臺(tái)不平穩(wěn)引誤動(dòng)作、或者操作端在操作某一操作通道時(shí)引起其它操作通道的聯(lián)動(dòng)帶來(lái)的誤動(dòng)作，為操作端的每個(gè)操作通道的控制量設(shè)置一個(gè)信號(hào)下限值。當(dāng)操作通道的控制量低于操作通道的信號(hào)下限值時(shí)，可認(rèn)為該操作通道沒(méi)有控制量輸出，即沒(méi)有操作指令輸出，當(dāng)操作通道的控制量高于信號(hào)上限值時(shí)，可認(rèn)為該操作通道的控制量為信號(hào)上限值，當(dāng)操作通道的控制量位于信號(hào)上限值和信號(hào)上限值之間時(shí)，可根據(jù)預(yù)設(shè)的非線性關(guān)系對(duì)操作通道的控制量進(jìn)行非線性處理，從而使得在低速操作階段使得控制量比較平穩(wěn)，有利于機(jī)械手臂的平穩(wěn)運(yùn)行，相較于線性處理，非線性處理增大了操作的調(diào)速范圍，有效地提高了用戶體驗(yàn)。在對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理后，通過(guò)預(yù)設(shè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將操作指令轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)的速度信號(hào)。

位姿判斷模塊22，用于根據(jù)速度信號(hào)和機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，生成期望的末端位姿，判斷期望的末端位姿是否位于預(yù)設(shè)工作范圍內(nèi)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，獲得速度信號(hào)后，可獲取機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，根據(jù)速度信號(hào)和機(jī)械臂當(dāng)前的末端位姿，可生成機(jī)械臂期望的末端位姿，即機(jī)械臂末端執(zhí)行器按照速度信號(hào)運(yùn)動(dòng)后所得到的位置和姿態(tài)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，工作范圍即機(jī)械臂末端執(zhí)行器可以達(dá)到的空間范圍，通過(guò)判斷機(jī)械臂末端的期望位姿是否位于工作區(qū)域內(nèi)，來(lái)確定用戶的操作指令是否可行。當(dāng)期待的末端位姿位于工作范圍內(nèi)時(shí)，確定用戶的操作指令可行。

關(guān)節(jié)限制檢測(cè)模塊23，用于當(dāng)期望的末端位姿位于工作范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解期望的末端位姿下機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，檢測(cè)所有目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制。

在本發(fā)明實(shí)施例中，先通過(guò)預(yù)設(shè)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型算法求解出該期望的末端位姿下目標(biāo)角度的多組解，將每組解對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)值與機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)當(dāng)前角度對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)值進(jìn)行最小二乘法運(yùn)算，獲取每組解對(duì)應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果，并將最小的運(yùn)算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的一組解確定為所有目標(biāo)角度的有效解，從而保證機(jī)械臂可根據(jù)目標(biāo)角度以較短的運(yùn)動(dòng)時(shí)間達(dá)到下一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在確定所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度后，檢測(cè)所有的目標(biāo)角度是否滿足預(yù)設(shè)的關(guān)節(jié)空間限制，其中，包括檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度是否未超過(guò)相應(yīng)的角度極限值、以及檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)為達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)角度所需的運(yùn)行速度是否超過(guò)相應(yīng)的速度極限值。

空間限制檢測(cè)模塊24，用于當(dāng)所有目標(biāo)角度都滿足關(guān)節(jié)空間限制時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解在目標(biāo)角度下所有關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置，檢測(cè)所有關(guān)節(jié)的位置是否滿足預(yù)設(shè)的笛卡爾空間限制。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)每個(gè)關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度未超過(guò)相應(yīng)的角度極限值、以及每個(gè)關(guān)節(jié)為達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)角度所需的運(yùn)行速度都未超過(guò)相應(yīng)的速度極限值時(shí)，確定所有的目標(biāo)角度都滿足關(guān)節(jié)空間限制，此時(shí)，可通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型根據(jù)機(jī)械臂末端執(zhí)行器的期望位姿下各關(guān)節(jié)的角度(即目標(biāo)角度)求解各關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置(即坐標(biāo))，即將機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間映射到笛卡爾空間，具體地，可通過(guò)d-h參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行求解。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在求解到目標(biāo)角度下各關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置后，進(jìn)行笛卡爾空間的防碰撞檢查，可通過(guò)坐標(biāo)檢測(cè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的位置是否位于笛卡爾空間中預(yù)設(shè)的障礙物區(qū)域內(nèi)，以此來(lái)確定所有關(guān)鍵的位置是否滿足笛卡爾空間限制。

機(jī)械臂操作模塊25，用于當(dāng)所有關(guān)節(jié)的位置都滿足笛卡爾空間限制時(shí)，將期望的末端位姿發(fā)送給機(jī)械臂。

在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)不存在位于障礙物區(qū)域內(nèi)的關(guān)節(jié)時(shí)，可確定所有關(guān)節(jié)的位置都滿足笛卡爾空間限制，將期望的末端位姿發(fā)送給機(jī)械臂，使得機(jī)械臂末端安全且快速地運(yùn)行到期望位姿。

優(yōu)選地，如圖3所示，信號(hào)處理模塊21包括非線性處理模塊311和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊312，其中：

非線性處理模塊311，用于接收操作指令，當(dāng)操作指令的操作通道的控制量位于操作通道的信號(hào)上限值和信號(hào)下限值之間時(shí)，對(duì)操作通道的控制量進(jìn)行非線性處理；以及

信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊312，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將非線性處理后的操作指令轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂末端的速度信號(hào)。

優(yōu)選地，關(guān)節(jié)限制檢測(cè)模塊23包括逆運(yùn)動(dòng)求解模塊331、解選取模塊332和關(guān)節(jié)超限檢測(cè)模塊333，其中：

逆運(yùn)動(dòng)求解模塊331，用于當(dāng)期望的末端位姿位于工作范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解期望的末端位姿下所有關(guān)節(jié)目標(biāo)角度的多組解；

解選取模塊332，用于將每組解對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)值與所有關(guān)節(jié)當(dāng)前角度的關(guān)節(jié)值進(jìn)行最小二乘法運(yùn)算，將運(yùn)算后的最小結(jié)果值所對(duì)應(yīng)的一組解確定為所有目標(biāo)角度的有效解；以及

關(guān)節(jié)超限檢測(cè)模塊333，用于檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度是否未超過(guò)相應(yīng)的角度極限值，并檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)為達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)角度所需的運(yùn)行速度是否超過(guò)相應(yīng)的速度極限值。

優(yōu)選地，空間限制檢測(cè)模塊24包括角度確定模塊341、正運(yùn)動(dòng)求解模塊342和障礙物區(qū)域檢測(cè)模塊343，其中：

角度確定模塊341，用于當(dāng)所有目標(biāo)角度未超過(guò)相應(yīng)的角度極限值、且所有關(guān)節(jié)所需的運(yùn)動(dòng)速度未超過(guò)相應(yīng)的速度極限值時(shí)，確定所有目標(biāo)角度都滿足關(guān)節(jié)空間限制；

正運(yùn)動(dòng)求解模塊342，用于根據(jù)所有關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解所有關(guān)節(jié)在笛卡爾空間的位置；以及

障礙區(qū)檢測(cè)模塊343，用于檢測(cè)所有關(guān)節(jié)的位置是否位于笛卡爾空間中預(yù)設(shè)的障礙物區(qū)域。

進(jìn)一步優(yōu)選地，信號(hào)處理模塊包括非線性處理模塊和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其中：

非線性處理模塊，用于接收操作指令，當(dāng)操作指令的操作通道的控制量位于操作通道的信號(hào)上限值和信號(hào)下限值之間時(shí)，對(duì)操作通道的控制量進(jìn)行非線性處理；以及

信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器將非線性處理后的操作指令轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂末端的速度信號(hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)操作指令進(jìn)行非線性處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得用于調(diào)整機(jī)械臂末端位姿的速度信號(hào)，有效地提高了低速階段操作端的平穩(wěn)性、增大了操作端的調(diào)速范圍，提高了機(jī)械臂操作的便捷度和用戶體驗(yàn)，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)行到期望的末端位姿時(shí)的關(guān)節(jié)串行進(jìn)行關(guān)節(jié)空間的限制檢測(cè)和笛卡爾空間的限制檢測(cè)，降低了運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算次數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)，有效地提高了機(jī)械臂操作的安全性。

在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械臂的操作裝置的各模塊可由相應(yīng)的硬件或軟件模塊實(shí)現(xiàn)，各模塊可以為獨(dú)立的軟、硬件模塊，也可以集成為一個(gè)軟、硬件模塊，在此不用以限制本發(fā)明。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。