[发明专利]仿人机械臂的运动求解和构型控制方法

摘要

本发明公开了一种仿人机械臂的运动求解和构型控制方法。本发明提出的运动求解方法利用该类机械臂的结构特点，在对应的人类手臂上求出机械臂的整体运动，然后映射回机械臂的关节空间进行执行。本发明提出的运动求解方法不依赖于仿人机械臂的实际关节布置，对于具有不同关节布置的、但是大臂和小臂的臂长相同的仿人机械臂，能产生一致的运动；同时保留了运动优化能力；从对任务的处理方式上模仿人类，能更好地产生类人的动作。本发明基于运动求解方法中的理论，提出了一种构型控制方法，能控制仿人机械臂的完整构型，并且保证了仿人机械臂从运动规划到运动控制的一致性。

主权项

1.仿人机械臂的运动求解方法，包括以下几个步骤：步骤一：将操作空间中的任务需求与机械臂的生理关节进行关联；在肩关节处建立虚拟关节Δ‑P，Δ‑As和Δ‑L，构成一个球型机器人，以控制工具坐标系的位置，其中，Δ‑P和Δ‑As为转动副，Δ‑L为移动副，对工具坐标系的速度要求VT能够转换到对腕关节坐标系的速度要求VW上，则操作空间中的任务需求与机械臂的生理关节进行关联；步骤二：对腕关节的线速度进行分解，确定肩关节和肘关节的运动；腕关节线速度v_W的一部分由Δ‑P和Δ‑A_s实现，剩余部分v_W,rem由大臂和小臂实现，将剩余线速度v_W,rem沿肩‑腕连线SW进行分解，其中，垂直分量由肩关节处的虚拟关节Δ‑M实现，平行分量由肩关节和肘关节处的虚拟关节Δ‑S和Δ‑E共同实现；步骤三：确定腕关节的运动；腕关节坐标系的角速度需求ωW由肩、肘和腕三个生理关节共同决定；因此，排除肩关节和肘关节运动的影响，得到腕关节的运动；ωWrist＝ωW‑ωshoulder‑ωelbow式中：ωshoulder、ωelbow和ωWrist分别表示肩、肘和腕三个生理关节的角速度；步骤四：根据具体的关节布置，将生成的运动映射回机械臂的关节空间上；根据机械臂的具体关节布置，将该运动映射回机械臂的关节空间上，机械臂执行所需的规划任务。