[发明专利]一种用于蛇行柔性机械臂的人机交互控制方法及系统

说明书

本发明提供一种用于蛇行柔性机械臂的人机交互控制方法及系统，涉及机械臂控制技术领域，所述机械臂包括水平滑台、驱动模块以及若干关节；若干关节串联设置于驱动模块上，驱动模块滑动设置于水平滑台上；所述机械臂的人机交互控制方法包括步骤1：通过操作手柄发送运动指令到机械臂；步骤2：机械臂识别运动指令，并且执行“末端弯曲”、“蛇行前行”、“蛇行退后”、“末端平移”四个动作。本发明通过末端跟随运动方法穿越障碍物到达目标位置，只需要控制末端的方向和整体的前进后退，其余各关节都跟随末端的路径，因此主要末端关节不接触障碍物，其余各个关节可以实现自动避障，特别适用于基于视觉反馈的手动控制，具有操作简单、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，特别是涉及一种用于蛇行柔性机械臂的人机交互控制方法及系统。

背景技术

机械臂多数超过十个自由度，适合在狭小的环境下使用，相比传统关节型工业机器人可实现灵活避障、穿越孔洞等操作。但同样的由于其自由度太多，导致控制过程较为繁琐，尤其在手动控制时简单的示教控制方式已不再适用，需要一种控制量少且高效的控制方法。因此研究机械臂的运动控制方法具有重要意义。

机械臂的导航方法可分为自动导航和手动控制导航两大类，自动导航在已知环境的情况下进行路径规划，因此首先需要对环境进行建模，在很多场景下并不适应；在未知环境的情况下进行自动导航，需要依靠传感器对环境障碍进行检测，实现避障，然而目前自动导航策略并不完善，存在容错性差、效率低、灵活度差等缺点，并没有得到实际应用。相比之下，手动控制更为灵活、效率高、能够适应于更多场合，例如：危险环境勘察、水下作业、特殊场合设备维护等；但是，由于蛇行柔性机械臂通常超过十个自由度，传统七个自由度机械臂的示教控制法已经不再适用，需要一种控制量少且高效的控制方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于蛇行柔性机械臂的人机交互控制方法及系统，通过安装在机械臂末端的摄像头观察环境中障碍物和目标位置，并且通过末端跟随运动方法穿越障碍物到达目标位置，只需要控制末端的方向和整体的前进后退，其余各关节都跟随末端的路径，因此主要末端关节不接触障碍物，其余各个关节可以实现自动避障，特别适用于基于视觉反馈的手动控制，具有操作简单、效率高的优点。

本发明提供一种用于蛇行柔性机械臂的人机交互控制方法，所述机械臂包括水平滑台、驱动模块以及若干关节；若干关节串联设置于驱动模块上，驱动模块滑动设置于水平滑台上；其特征在于，所述机械臂的人机交互控制方法包括以下步骤：

步骤1：通过操作手柄发送运动指令到机械臂；

步骤2：机械臂识别运动指令，并且执行“末端弯曲”、“蛇行前行”、“蛇行退后”、“末端平移”四个动作，实现在狭小环境中的导航与避障。于本发明的一实施例中，执行“末端弯曲”动作时，调整末端关节轴线方向，并且将轴线方向作为机械臂的前进方向。

于本发明的一实施例中，执行“蛇行前行”动作时，末端关节点沿着末端关节轴向方向前进，其余关节点依次沿着当前路径前进，并且将前进轨迹进行记录；其中，所述当前路径为执行动作时，若干关节的连线。

于本发明的一实施例中，执行“蛇行退后”动作时，所有关节点反向执行记录的前进轨迹。

于本发明的一实施例中，执行“末端平移”动作时，末端关节轴向方向不变，改变末端关节与靠近末端关节的1个或者2个关节的转角。

于本发明的一实施例中，若干关节按照与驱动模块之间的距离大小，分别为第一关节、第二关节、……、末端关节。

于本发明的一实施例中，所述末端关节上设置有摄像头，所述摄像头用于采集末端关节的外部环境图像，并且通过显示屏显示。

于本发明的一实施例中，所述第一关节与驱动模块的连接点、第一关节与第二关节的连接点、......、末端关节的连接点分别为第一关节点、第二关节点、……、末端关节点。