[发明专利]一种基于摇杆手柄的空间机械臂遥操作控制方法

说明书

本公开提供一种基于摇杆手柄的空间机械臂遥操作控制方法，涉及机械臂控制领域，基于机械臂关节联动建立手柄动作与机械臂动作的映射，依据输入手柄的运动信号，获取机械臂竖动、平动、转动自由度的关节角度信息，得到机械臂关节的联动执行信号；基于机械臂关节独立运动建立手柄动作与机械臂关节的映射，依据输入手柄的运动信号，获取机械臂部分关节的角度信息，得到机械臂关节的独立执行信号；切换机械臂关节联动和机械臂关节独立运动，输出联动执行信号或独立执行信号。利用多关节联动和单关节独立运动两种模式，简化空间机械臂的遥操作规划复杂程度，单关节独立运动作为关节联动模式的补充，通过单关节独立控制，解决关节奇异姿态问题。

技术领域

本公开涉及机械臂控制领域，特别涉及一种基于摇杆手柄的空间机械臂遥操作控制方法。

背景技术

遥操作技术(主从操作技术)和机器人技术相结合，能够有效解决现有机器人难以完成复杂任务的问题。主从遥操作技术能够将由操作人员远程参与任务，将分析能力与机器相结合。不仅能解决目前计算机技术不够成熟而导致的完全主动式机器人不够智能的问题，而且可以代替人工作业，减轻人工作业劳动强度。

发明人发现，目前使用的遥操作方式通常是使用与从机械臂拓扑结构相同，只是比例大小不同的主机械臂进行遥操作控制；或是使用多自由度手柄作为主机械臂对从机械臂进行遥操作控制；一些通过手柄进行空间机械臂遥操作控制时，以机械臂末端固定坐标系相对于机械臂基座坐标系的角速度作为手柄的姿态控制输出，此方法虽然物理意义明确，但存在空间机械臂末端位姿控制时，由于结构复杂产生的奇异问题，难以对关节奇异姿态进行有效调整；并且，在解算机械臂关节动作时，复杂的算法会影响机械臂的响应速度。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于摇杆手柄的空间机械臂遥操作控制方法，利用多关节联动和单关节独立运动两种模式，简化空间机械臂的遥操作规划复杂程度，单关节独立运动作为关节联动模式的补充，通过单关节独立控制，解决关节奇异姿态问题。

本公开的第一目的是提供一种基于摇杆手柄的空间机械臂遥操作控制方法，采用以下技术方案：

包括以下步骤：

基于机械臂关节联动建立手柄动作与机械臂动作的映射，依据输入手柄的运动信号，获取机械臂竖动、平动、转动自由度的关节角度信息，得到机械臂关节的联动执行信号；

基于机械臂关节独立运动建立手柄动作与机械臂关节的映射，依据输入手柄的运动信号，获取机械臂部分关节的角度信息，得到机械臂关节的独立执行信号；

切换机械臂关节联动和机械臂关节独立运动，输出联动执行信号或独立执行信号至机械臂。

进一步地，建立参考直角坐标系，建立机械臂相对于参考坐标系YOZ平面与遥杆手柄的竖动自由度映射，建立机械臂相对于参考坐标系XOY平面与遥杆手柄的平动自由度映射，建立机械臂相对于参考坐标系XOZ平面与遥杆手柄的转动自由度映射。

进一步地，还包括建立机械臂手爪开合与手柄的映射。

进一步地，根据输入手柄的运动信号在手柄坐标系的映射，得到机械臂竖动、平动、转动自由度关节角度信息；其中手柄坐标系包括手柄俯仰坐标系、手柄偏航坐标系和手柄滚动坐标系。

进一步地，所述竖动自由度关节包括大臂俯仰关节、小臂俯仰关节和腕部俯仰关节。

进一步地，所述平动自由度关节包括腰部回转关节和腕部摆动关节。

进一步地，所述转动自由度关节为手爪回转关节。

进一步地，机械臂关节独立运动时：

建立第一手柄坐标系X方向与腰部回转关节的映射；

建立第一手柄坐标系Y方向与大臂俯仰关节的映射；