[发明专利]一种机械臂运动控制方法

说明书

本发明涉及机器人技术领域，具体公开了一种机械臂运动控制方法，包括以下步骤：针对六自由度机械臂建立机械臂运动D‑H模型；对六自由度机械臂建立机械臂四连杆简化模型；利用改进人工势场法对机械臂运动进行避障控制。本发明通过采用改进人工势场法在关节空间内、以机械臂所受的引力势能与斥力势能的合势能最速下降为标准，控制机械臂运动，能快速解决简单障碍环境下机械臂运动避障的问题，使得机械臂运动灵活精确，避障能力强，实时性佳，准确度高；通过以关节空间作为搜索空间使得到的机械臂运动路径是一定可达的，不会出现奇异点，从关节坐标系转换到世界坐标系的计算难度远远低于由世界坐标系转换到关节坐标系的难度。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种机械臂运动控制方法。

背景技术

机械臂是模仿人的手臂而设计的自动控制装置，能够代替人类完成复杂、精细、危险的工作，机械臂被越来越多地应用在喷涂、包装、焊接、装配等生产环节，以便代替人工在恶劣环境下完成高强度的重复劳动，机械臂控制技术的进步对提高劳动生产率，实现工业生产的机械化和自动化具有重要意义。

现有技术中机械臂运动采用传统人工势场法进行避障：

将机械臂当前位置记为X＝[x，y]^Τ，目标点位置记为X_goal＝[x_goal，y_goal]^Τ，距离机械臂最近的障碍物位置记为X_obs＝[x_obs，y_obs]^Τ，则机械臂所受的引力场为：

式中ξ为正比例系数；ρ(X，X_goal)＝||X-X_goal||为机械臂从当前位置X到目标X_goal的距离。

机械臂所受的斥力场定义为：

式中η为正比例系数；ρ(X，X_obs)为机械臂到障碍物的距离；ρ₀代表不影响机械臂安全运动的最小安全距离。

然而，现有技术的机械臂各关节角度之间存在着复杂的耦合关系，使得解耦过程过于复杂，并且求解过程复杂，此时需要根据机械臂的结构特点确定位姿，不满足实时定位的要求；另一方面，机械臂各关节角度与机械臂末端的空间位置不是一对一的关系，而是多对一的关系，传统的解析法很难得到单一的优化解。这些缺陷导致机械臂运动不够灵活精确，避障能力差，实时性差，准确度不能满足实际应用的需要，同时，传统人工势场法导致机械臂容易陷入局部极小值点无法逃离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂运动控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机械臂运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：针对六自由度机械臂建立机械臂运动D-H模型；

步骤二：对六自由度机械臂建立机械臂四连杆简化模型；

步骤三：利用改进人工势场法对机械臂运动进行避障控制。

作为本发明进一步的方案：步骤一中，所述机械臂运动D-H模型通过运动学正解的方法得到在当前关节角下所对应的末端位置，只考虑机械臂的末端位置，以机械臂关节1～关节5的关节角度作为控制目标，不考虑关节6角度的影响。

作为本发明进一步的方案：步骤二中，所述机械臂四连杆简化模型将机械臂的末端定义为关节7；

将基座、关节1和关节2构成的一条线段定义为直线一；