CN109571481A - 一种关节奇异点处理方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

一种关节奇异点处理方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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CN109571481A CN201811648191.7A CN201811648191A CN109571481A CN 109571481 A CN109571481 A CN 109571481A CN 201811648191 A CN201811648191 A CN 201811648191A CN 109571481 A CN109571481 A CN 109571481A
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Abstract

本发明公开了一种关节奇异点处理方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；根据转动角度集合计算所述奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵；根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并结合所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。本发明实施例的技术方案，实现了被控对象平稳通过奇异点，避免了停机报警影响正常使用，同时解决了末端轨迹精度不可控的问题。

Description

一种关节奇异点处理方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及工业技术领域，尤其涉及一种关节奇异点方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
伴随着科技的不断发展以及自动化加工的需求增多，多轴机械设备因其具有多个自由度，并可以在一定的空间内***，几乎可以完成任何角度和轨迹的运动作业等优点，因而被广泛应用于工业生产中。
多轴机械设备通过多个关节连接各机械单臂，并根据设定程序完成抓取、搬运或其他动作。然而在多轴机械设备使用过程中，往往存在多个奇异点。当多轴机械设备接近奇异点时，微小的位移变化量就会导致某些关节的角度产生剧烈变化，产生近似无限大的角速度，严重损坏设备。现有技术中，机器人在奇异点附近进行规划运动，例如直线运动或者圆弧运动时，常常采用报警停止，以避免通过奇异点时造成关节瞬间速度过快。或者在设备通过奇异点时，人为设定关节转动角度代替关节的正常转动，以使机器人缓慢的通过奇异点。
然而，采用报警停机处理，限制了多轴机械设备的工作空间，使多轴机械设备覆盖的工作区域出现盲点，影响使用；而使用人为设定的关节转动角度代替关节的正常转动，往往导致末端轨迹精度不可控，实际工作点大大偏离了设定工作点。
发明内容
本发明实施例提供了一种关节奇异点处理方法、装置、设备和存储介质，以实现被控对象的末端平稳通过奇异点，在不会停机报警的同时保证末端的控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种关节奇异点处理方法，包括：
根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
第二方面，本发明实施例提供了一种关节奇异点处理装置，包括：
当前时刻转动角度集合获取模块，用于根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
奇异因子当前值计算模块，用于提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
参数矩阵生成模块，用于如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
下一时刻转动角度集合获取模块，用于根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所述的关节奇异点处理方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明任意实施例所述的关节奇异点处理方法。
本发明实施例的技术方案，通过奇异域阈值的设定，当奇异因子的当前值进入到奇异域后，引入指数阻尼系数替生成参数矩阵，并计算得到下一时刻各关节的转动速度，同时结合当前时刻的末端位姿计算得到的当前时刻各关节的转动角度，获取到下一时刻各关节的转动角度。实现了被控设备或装置平稳的通过奇异点，避免了停机报警影响正常使用，保证了工作的连续性，同时，解决了末端轨迹精度不可控的问题。
附图说明
图1A是本发明实施例一提供的一种关节奇异点处理方法的流程图；
图1B是本发明实施例一提供的一种六轴工业机器人的结构框图；
图2是本发明实施例二提供的一种关节奇异点处理方法的流程图；
图3是本发明实施例三提供的一种关节奇异点处理装置的结构框图；
图4是本发明实施例四提供的一种关节奇异点处理设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1A为本发明实施例一提供的一种关节奇异点处理方法的流程图，本实施例可适用于处理关节出现奇异点时的情况，该方法可以由本发明实施例中的关节奇异点处理装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并一般可以集成在关节奇异点处理装置中，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：
S110、根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合。
本发明实施例中的被控对象是具有一定的机械结构并通过多个关节共同控制的装置或设备，例如：多轴机械臂、多轴机械手或多轴机器人等。上述多轴机械结构，均是以XYZ直角坐标系为基本数学模型，以伺服电机或步进电机驱动单个关节为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机械******，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹。
可选的，本发明实施例中，以六轴工业机器人作为被控对象。六轴工业机器人相比于其它工业机器人，其结构设计更加贴近于人类的手臂和手腕，更多的关节数量也使其具备了更高的自由度，可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里，代替许多由熟练工人才能完成的操作，能够胜任工业生产中的绝对多数工作，如图1B所示，六轴工业机器人包括关节1至关关节6。
根据运动学的相关知识，可以得出六轴工业机器人的末端位姿，与各关节的转动角度之间的映射关系，所谓位姿即位置和姿态。运动学正解，即正向的运行学，是在给定被控对象的结构尺寸及关节参数的条件下，求得被控对象的操作空间，操作空间也即末端能够达到的位置和姿态，对于六轴工业机器人来说结构尺寸均为已知参数，即根据各关节的转动角度求取末端的位姿，一组给定的关节转动角度对应唯一一个末端坐标；而运动学逆解，即逆向的运动学，是为了使被控对象的末端到达特定的位置和姿态，从而求得各关节的参数，对于六轴工业机器人来说，即根据被控对象末端的位置和姿态，求取各关节的转动角度，与正向运动学不同，一个末端的位姿可以由不同的机体姿态来达成，即对应不只一组关节转动角度。
可选的，在本发明实施例中，根据当前时刻六轴机器人的末端位姿，并利用运动学逆解，获取当前时刻各关节的转动角度。当前时刻被控对象的末端姿态可以表示为：P＝[Px,Py,Pz,θx,θy,θz]T，其中，Px、Py、Pz为当前时刻末端在世界坐标系下沿x轴、y轴和z轴方向的位置，θx、θy、θz为当前时刻末端在世界坐标系下沿x轴、y轴和z轴方向的姿态角；而当前时刻各关节的转动角度集合可以表示为θ＝[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6]T，其中，θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6分别为关节1至关节6在当前时刻的转动角度。
可选的，在根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合之前，还可以获取所述被控对象的雅可比矩阵；获取所述雅可比矩阵中与所述目标关节对应的分块矩阵；将所述分块矩阵转化为所述目标关节的关节坐标系下的坐标矩阵，并在所述坐标矩阵中提取所述奇异因子。
雅可比矩阵是函数的一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵，其行列式称为雅可比行列式，雅可比矩阵体现了一个可微方程与给出点的最优线性逼近。对于多轴工业机器人来说，关节数决定了雅可比矩阵的列数，机器人的类型决定了雅可比矩阵的行数。在本发明实施例中的六轴工业机器人，雅可比矩阵是一个6行6列的矩阵，体现了末端的速度与各关节的转动速度之间的线性变换，可选的，由如下公式给出，其中，V＝[vx,vy,vz,wx,wy,wz]T，vx,vy,vz分别为末端在世界坐标系中沿x轴、y轴和z轴方向的线速度，wx,wy,wz分别为末端在世界坐标系中沿x轴、y轴和z轴方向的角速度；其中分别为关节1至关节6的旋转速度。J(θ)为一个6行6列雅可比矩阵。为了简便运算，对J(θ)进行分块操作，其中，J11(θ)、J21(θ)、J22(θ)均为3行3列的矩阵。
如果雅可比矩阵为零，那么不论关节给多大的旋转速度，被控对象末端都不会有速度和角速度产生，这种点即是奇异点，即此时，雅可比矩阵秩减少。奇异点的特性为无法正确的进行规划运动，基于坐标的规划运动无法明确的反向转化为各关节的运动。在末端接近奇异点时，微小的位移变化量都会导致某些关节的角度产生剧烈变化，产生近似无限大的角速度。现有技术中，六轴工业机器人在奇异点附近进行规划运动，例如直线运动或者圆弧运动时会报警停止，以避免通过奇异点时造成关节瞬间速度过快，损坏机器。
在六轴工业机器人运动学***中，机器人有三个奇异点位置，分别是：肩部奇异点、肘部奇异点、腕部奇异点。当关节4、关节5和关节6的坐标轴交点位于关节1的坐标系Z轴正上方时，机器人处于顶部奇异点。当关节2和关节3连线的延长线经过关节5的中心点时，六轴工业机器人处于延伸奇异点。如图1B所示，当关节4和关节6的坐标轴平行，即关节5的转动角度为0时，六轴工业机器人处于腕部奇异点，此时一个末端位姿会对应无限多组关节转动角度集合，其原因就是由于运动学中使用雅可比矩阵来转换关节角度与机器人末端的位姿关系，当关节4和关节6共线时，矩阵内并非完全线性独立，造成雅可比矩阵的秩减少，其行列式值为零，使得雅可比矩阵无反函数，逆向运动学无法运算，因此产生了奇异点。
可选的，在本发明实施例中，以关节5出现奇异点，即腕关节奇异点为例进行说明。与腕关节奇异点相关的分块矩阵为J22(θ)，为了方便计算，将J22(θ)变换到腕部坐标系下，即关节5的坐标系下表示，得到其中，0R5是由世界坐标系转换到关节5的坐标系的齐次变换矩阵，由5J22(θ)可知，当sinθ5＝0时，此时5J22(θ)的秩为0，因此，令sinθ5＝k，即为关节5的奇异因子。
S120、提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取。
以上述关节5的奇异因子为例，与关节5的奇异因子k相关的目标转动角度为θ5，根据S110中获取到的当前时刻θ5的取值，计算奇异因子k的值。
S130、如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关。
奇异域的阈值可以根据需要设定，可选的，若所述奇异因子的绝对值小于或等于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，所述关节需要进行奇异处理；若所述奇异因子的绝对值大于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值不满足奇异域阈值条，所述关节不需要进行奇异处理。
当需要进行奇异处理时，为了保证奇异域内的关节速度连续，引入数值不为0的指数阻尼系数代替奇异因子。根据多次实验验证，指数阻尼系数可以根据如下公式计算：
其中，ε是设定的奇异域阈值，k＝sinθ5，计算得到kλ后，将kλ的倒数作为所述指数阻尼系数，λ0 2可以根据需要设定，若λ0 2的数值越小，即越趋近于0，则控制精度越高，末端达到的位姿越准确，但各关节转动速度也就越快；若λ0 2的数值越大，即越远离0，则控制精度越低，但各关节转动速度也就越慢。因此，λ0 2可以根据需要设定，对于控制精度要求较高的***，则λ0 2设定较小值，保证最终获得的末端位姿的精度；对于要求各关节运动较为平稳的***，则λ0 2设定较大值，保证各关节转速较低。特别的，当λ0＝0时，指数阻尼系数即此时，未进行奇异因子替换，奇异因子还是原数值。
为了方便计算，令Vv＝[vx,vy,vz]T，Vw＝[wx,wy,wz]T，因此可做如下变形：
可以得到，
由式可知，
因此，
当|k|≤ε时，即所述奇异因子的绝对值小于或等于所述奇异域阈值时，用上述kλ替换中的k，得到新的参数矩阵
S140、根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
在本发明实施例中，可选的，六轴工业机器人通过控制器发送各种动作指令，而每个关节分别由一个伺服电机控制，伺服电机接收到动作指令，控制关节转动。六轴工业机器人末端的一段运动轨迹是由多个离散的点组成，由当前时刻的离散点P到下一时刻的离散点P'之间的位姿差为运动时间为t。其中， 是相对于世界坐标系的位置差，是相对于世界坐标系的姿态角差。
将带入和即可获得下一时刻各关节的转动速度集合
可选的，根据如下公式计算所述下一时刻各关节的转动角度：
其中，θi是下一时刻各关节的转动角度，θi *是当前时刻各关节的转动角度，是下一时刻各关节的转动速度，i＝1,2,3,4,5,6表示对应的关节。
本发明实施例的技术方案，通过奇异域阈值的设定，当奇异因子的当前值进入到奇异域后，引入指数阻尼系数替生成参数矩阵，并计算得到下一时刻各关节的转动速度，同时结合当前时刻的末端位姿计算得到的当前时刻各关节的转动角度，获取到下一时刻各关节的转动角度。实现了被控设备或装置平稳的通过奇异点，避免了停机报警影响正常使用，保证了工作的连续性，同时，解决了末端轨迹精度不可控的问题。
实施例二
图2为本发明实施例二中的一种关节奇异点处理方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行具体化，在本实施例中，被控对象的各个关节均设定有转速限制。相应的，本实施例的方法具体包括如下操作：
S210、根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合。
S220、提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取。
S230、如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关。
S240、根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合。
S250、将所述转动速度集合中包括的与各个关节分别对应的转动速度与各个关节的转速限制值进行匹配。
为了避免被控对象各关节的转速过快造成机器损坏，对各个关节均设定最大转速。特别的，各个关节设定的最大转速可以不相同。
S260、如果确定至少一个关节的转动速度超过对应的转速限制值，则计算所述至少一个关节的转速超越比例。
所有超过转速限制值的关节都要计算转速超越比例。
S270、在至少一个转速超越比例中选取最大转速超越比例，并使用所述转速超越比例确定标准转速缩小比例。
以上述六轴工业机器人为例，假设6个关节中有3个关节超过了各自的最大转速，例如，计算得到的关节1的转速是最大转速的120％，那么其转速超越比例为百分之20％；计算得到的关节3的转速是最大转速的130％，那么其转速超越比例为百分之30％；计算得到的关节4的转速是最大转速的150％，那么其转速超越比例为百分之50％。其中，50％即为最大转速超越比例，因此如果使关节4的转速不超过转速限制值，需要将计算得到的关节4的转速缩小到原计算数值的三分之二，也即标准转速缩小比例为原计算数值的三分之二。
S280、使用所述标准转速缩小比例，将所述转动速度集合中的各个关节的转动速度进行缩小调整。
将转动速度集合中的各个关节的转动速度均缩小为原计算数值的三分之二。
S290、根据调整后的下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
本发明实施例的技术方案，通过对被控对象各个关节设定转速限制值，根据最大转速超越比例缩小各个关节的转动速度，避免了关节转速过快存在的潜在风险，既实现了被控设备或装置平稳的通过奇异点，也保证了转速符合设定的要求，避免了停机报警影响机械设备或装置的正常使用，保证了工作的连续性，同时，解决了末端轨迹精度不可控的问题。
实施例三
图3是本公开实施例三所提供的一种关节奇异点处理装置，可执行本公开任意实施例所提供的关节奇异点处理方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。该装置可以由软件和/或硬件实现，具体包括：当前时刻转动角度集合获取模块310、奇异因子当前值计算模块320、参数矩阵生成模块330和下一时刻转动角度集合获取模块340。
当前时刻转动角度集合获取模块310，用于根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
奇异因子当前值计算模块320，用于提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
参数矩阵生成模块330，用于如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
下一时刻转动角度集合获取模块340，用于根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
本发明实施例的技术方案，通过奇异域阈值的设定，当奇异因子的当前值进入到奇异域后，引入指数阻尼系数替生成参数矩阵，并计算得到下一时刻各关节的转动速度，同时结合当前时刻的末端位姿计算得到的当前时刻各关节的转动角度，获取到下一时刻各关节的转动角度。实现了被控设备或装置平稳的通过奇异点，避免了停机报警影响正常使用，保证了工作的连续性，同时，解决了末端轨迹精度不可控的问题。
在上述各实施例的基础上，关节奇异点处理装置，还可以包括：
奇异因子提取模块，用于获取所述被控对象的雅可比矩阵；获取所述雅可比矩阵中与所述目标关节对应的分块矩阵；将所述分块矩阵转化为所述目标关节的关节坐标系下的坐标矩阵，并在所述坐标矩阵中获取所述奇异因子。
在上述各实施例的基础上，当前时刻转动角度集合获取模块310，具体用于：
根据当前时刻被控对象的末端位姿，并利用运动学逆解，获取当前时刻各关节的转动角度集合。
在上述各实施例的基础上，参数矩阵生成模块330，具体可以包括：
奇异处理判断单元，用于若所述奇异因子的绝对值小于或等于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件；若所述奇异因子的绝对值大于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值不满足奇异域阈值条件。
在上述各实施例的基础上，参数矩阵生成模块330，具体可以用于：
根据如下公式计算指数阻尼系数：
其中，ε是奇异域阈值，k是奇异因子，λ0 2是一个不为0的正实数，计算得到kλ后，将kλ的导数作为所述指数阻尼系数。
在上述各实施例的基础上，关节奇异点处理装置，还可以包括：
转速限制模块，用于将所述转动速度集合中包括的与各个关节分别对应的转动速度与各个关节的转速限制值进行匹配；如果确定至少一个关节的转动速度超过对应的转速限制值，则计算所述至少一个关节的转速超越比例；在至少一个转速超越比例中选取最大转速超越比例，并使用所述转速超越比例确定标准转速缩小比例；使用所述标准转速缩小比例，将所述转动速度集合中的各个关节的转动速度进行缩小调整。
在上述各实施例的基础上，下一时刻转动角度集合获取模块340，具体可以用于：
根据如下公式计算所述下一时刻各关节的转动角度：
其中，θi是下一时刻各关节的转动角度，θi *是当前时刻各关节的转动角度，t是当前时刻和下一时刻的时间差，是下一时刻各关节的转动速度，i＝1,2,3,4,5,6表示对应的关节。
上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的方法。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种关节奇异点处理设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器40为例；设备处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例三中的关节奇异点处理装置对应的模块(当前时刻转动角度集合获取模块310、奇异因子当前值计算模块320、参数矩阵生成模块330和下一时刻转动角度集合获取模块340)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的关节奇异点处理方法。
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种关节奇异点处理方法，该方法包括：
根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的关节奇异点处理方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种关节奇异点处理方法，其特征在于，包括：
根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合之前，包括：
获取所述被控对象的雅可比矩阵；
获取所述雅可比矩阵中与所述目标关节对应的分块矩阵；
将所述分块矩阵转化为所述目标关节的关节坐标系下的坐标矩阵，并在所述坐标矩阵中获取所述奇异因子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合，包括：
根据当前时刻被控对象的末端位姿，并利用运动学逆解，获取当前时刻各关节的转动角度集合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，包括：
若所述奇异因子的绝对值小于或等于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件；
若所述奇异因子的绝对值大于所述奇异域阈值，则确定所述奇异因子的当前值不满足奇异域阈值条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
所述指数阻尼系数可以根据如下公式计算：
其中，ε是奇异域阈值，k是奇异因子，λ0 2是一个不为0的正实数，计算得到kλ后，将kλ的导数作为所述指数阻尼系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合之后，包括：
将所述转动速度集合中包括的与各个关节分别对应的转动速度与各个关节的转速限制值进行匹配；
如果确定至少一个关节的转动速度超过对应的转速限制值，则计算所述至少一个关节的转速超越比例；
在至少一个转速超越比例中选取最大转速超越比例，并使用所述转速超越比例确定标准转速缩小比例；
使用所述标准转速缩小比例，将所述转动速度集合中的各个关节的转动速度进行缩小调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合，包括：
根据如下公式计算所述下一时刻各关节的转动角度：
其中，θi是下一时刻各关节的转动角度，θi *是当前时刻各关节的转动角度，t是当前时刻和下一时刻的时间差，是下一时刻各关节的转动速度，i＝1,2,3,4,5,6表示对应的关节。
8.一种关节奇异点处理装置，其特征在于，包括：
当前时刻转动角度集合获取模块，用于根据当前时刻被控对象的末端位姿，获取当前时刻各关节的转动角度集合；
奇异因子当前值计算模块，用于提取所述转动角度集合中与目标关节相关的目标转动角度，并使用所述目标转动角度计算奇异因子的当前值，所述奇异因子通过所述被控对象的雅可比矩阵获取；
参数矩阵生成模块，用于如果确定所述奇异因子的当前值满足奇异域阈值条件，则根据指数阻尼系数生成参数矩阵，其中，所述指数阻尼系数的取值不为0，所述参数矩阵与所述雅可比矩阵相关；
下一时刻转动角度集合获取模块，用于根据所述参数矩阵，计算得到下一时刻各关节的转动速度集合，并根据所述下一时刻各关节的转动速度集合以及所述当前时刻各关节的转动角度集合，计算得到下一时刻各关节的转动角度集合。
9.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的关节奇异点处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的关节奇异点处理方法。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110989585A (zh) * 2019-11-28 2020-04-10 深圳市优必选科技股份有限公司 避奇异的步态规划方法、装置、可读存储介质及机器人
CN111008668A (zh) * 2019-12-09 2020-04-14 上海熵熵微电子科技有限公司 一种数据奇异点的识别方法、装置、设备和介质
CN111813139A (zh) * 2020-07-27 2020-10-23 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种持续载荷模拟器多轴耦合运动奇异性控制方法
CN112936272A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 清华大学深圳国际研究生院 一种机械臂的奇异构型的判断方法和求解方法
CN113021347A (zh) * 2021-03-23 2021-06-25 深圳市优必选科技股份有限公司 机械臂控制方法、装置、作业控制设备及可读存储介质
CN114378830A (zh) * 2022-02-18 2022-04-22 深圳市大族机器人有限公司 一种机器人腕关节奇异规避方法及***
CN114756997A (zh) * 2022-05-17 2022-07-15 中国科学院数学与***科学研究院 船体外板曲面设计自交线检测方法、装置及可存储介质
CN115179288A (zh) * 2022-07-13 2022-10-14 安徽省配天机器人集团有限公司 机器人的运动学逆解方法、机器人及计算机可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4975856A (en) * 1986-02-18 1990-12-04 Robotics Research Corporation Motion controller for redundant or nonredundant linkages
CN103909522A (zh) * 2014-03-19 2014-07-09 华南理工大学 一种六自由度工业机器人通过奇异域的方法
CN104029203A (zh) * 2014-06-18 2014-09-10 大连大学 实现空间机械臂避障的路径规划方法
CN105437235A (zh) * 2016-01-25 2016-03-30 珠海格力电器股份有限公司 一种奇异点区域减速保护方法、***和工业机器人
CN107849856A (zh) * 2015-05-28 2018-03-27 德国施维英有限公司 具有可快速折叠和展开的铰接式桅杆的大型机械手

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4975856A (en) * 1986-02-18 1990-12-04 Robotics Research Corporation Motion controller for redundant or nonredundant linkages
CN103909522A (zh) * 2014-03-19 2014-07-09 华南理工大学 一种六自由度工业机器人通过奇异域的方法
CN104029203A (zh) * 2014-06-18 2014-09-10 大连大学 实现空间机械臂避障的路径规划方法
CN107849856A (zh) * 2015-05-28 2018-03-27 德国施维英有限公司 具有可快速折叠和展开的铰接式桅杆的大型机械手
CN105437235A (zh) * 2016-01-25 2016-03-30 珠海格力电器股份有限公司 一种奇异点区域减速保护方法、***和工业机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘海涛: "工业机器人的高速高精度控制方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110989585A (zh) * 2019-11-28 2020-04-10 深圳市优必选科技股份有限公司 避奇异的步态规划方法、装置、可读存储介质及机器人
CN110989585B (zh) * 2019-11-28 2024-02-02 深圳市优必选科技股份有限公司 避奇异的步态规划方法、装置、可读存储介质及机器人
CN111008668A (zh) * 2019-12-09 2020-04-14 上海熵熵微电子科技有限公司 一种数据奇异点的识别方法、装置、设备和介质
CN111008668B (zh) * 2019-12-09 2023-09-26 上海熵熵微电子科技有限公司 一种数据奇异点的识别方法、装置、设备和介质
CN111813139A (zh) * 2020-07-27 2020-10-23 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种持续载荷模拟器多轴耦合运动奇异性控制方法
CN112936272A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 清华大学深圳国际研究生院 一种机械臂的奇异构型的判断方法和求解方法
CN112936272B (zh) * 2021-02-04 2024-03-15 清华大学深圳国际研究生院 一种机械臂的奇异构型的判断方法和求解方法
CN113021347A (zh) * 2021-03-23 2021-06-25 深圳市优必选科技股份有限公司 机械臂控制方法、装置、作业控制设备及可读存储介质
CN114378830A (zh) * 2022-02-18 2022-04-22 深圳市大族机器人有限公司 一种机器人腕关节奇异规避方法及***
CN114378830B (zh) * 2022-02-18 2024-02-20 深圳市大族机器人有限公司 一种机器人腕关节奇异规避方法及***
CN114756997A (zh) * 2022-05-17 2022-07-15 中国科学院数学与***科学研究院 船体外板曲面设计自交线检测方法、装置及可存储介质
CN115179288A (zh) * 2022-07-13 2022-10-14 安徽省配天机器人集团有限公司 机器人的运动学逆解方法、机器人及计算机可读存储介质

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