[发明专利]机器人的奇异防护方法和机器人系统

说明书

本发明提供了一种机器人的奇异防护方法和机器人系统，其中，所述方法包括以下步骤：构建机器人的运动学模型；规划机器人的运行轨迹；根据运行轨迹控制机器人的关节运动；根据运动学模型得到当前运动时刻机器人关节构型的雅克比矩阵；根据雅克比矩阵判断下一运动时刻机器人关节构型的变化趋势；根据变化趋势调整运行轨迹以控制所述机器人通过奇异临域。本发明只需判断机器人是否接近或者远离奇异点，而不需判断距离奇异点的距离，从而能够降低计算难度，使其具有较好的通用性；并且还能够保证机器人准确执行期望路径，从而确保机器人运动的安全性和路径精度。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种机器人的奇异防护方法和一种机器人系统。

背景技术

机器人奇异构型指的是当机器人的关节角处于特定角度时，会导致部分方向运动的自由度损失，也就是会导致机器人在工作空间失去一个或多个方向上平移或旋转的能力。显而易见的是，如果机器人在失去自由度的方向上有目标速度，在进行逆运动学解算时，往往会引起某些关节的速度趋近无穷大，严重损害机器人的安全性。

为解决该问题，机器人厂商一般会采用如下两种措施，其一，在接近奇异点时直接给出提示，停止机械臂的运动；其二，在经过奇异点时，利用阻尼最小二乘等数值方法进行计算，通过调整运动轨迹来绕开奇异点。但是，上述措施仍存在以下问题：

其一，往往通过分析雅克比矩阵的特性计算可操作度指标、最小奇异值指标来判断判断机械臂是否临近奇异点，然而目前缺乏通用的指标来衡量机器人关节构型接近某一固定奇异构型的程度(距离)，所以目前用来判断机器人是否接近奇异点的指标的阈值需要反复试验获得，计算复杂、通用性较差；其二、通过数值来改善奇异点附近的逆解特性，会损失机器人原来的路径精度。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种机器人的奇异防护方法，只需判断机器人是否接近或者远离奇异点，而不需判断距离奇异点的距离，从而能够降低计算难度，使其具有较好的通用性，并且还能够保证机器人执行期望路径，从而确保机器人运动的安全性和路径精度。

本发明采用的技术方案如下：

一种机器人的奇异防护方法，包括以下步骤：构建机器人的运动学模型；规划所述机器人的运行轨迹；根据所述运行轨迹控制所述机器人的关节运动；根据所述运动学模型得到当前运动时刻所述机器人关节构型的雅克比矩阵；根据所述雅克比矩阵判断下一运动时刻所述机器人关节构型的变化趋势；根据所述变化趋势调整所述运行轨迹以控制所述述机器人通过奇异临域。

根据本发明的一个实施例，所述机器人关节构型在下一运动时刻的变化趋势包括趋向奇异构型和远离奇异构型。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述变化趋势调整所述运行轨迹以控制所述述机器人通过奇异临域，具体包括以下步骤：若所述机器人关节构型在下一运动时刻的变化趋势为趋向奇异构型，则通过调整所述机器人的最大速度约束条件以重新规划所述机器人的运行速度；若所述机器人关节构型在下一运动时刻的变化趋势为远离奇异构型，则判断所述机器人的最大速度约束条件是否变化；若是，则将所述机器人的最大速度约束条件调整为初始值以重新规划所述机器人的运行速度。

根据本发明的一个实施例，所述调整所述机器人的最大速度约束条件为：采用安全速度更新速度轮廓最大速度。

根据本发明的一个实施例，所述安全速度的获取方式为：获取所述机器人实时反馈的各关节的最大速度和当前运动方向；根据所述机器人实时反馈的各关节的最大速度和当前运动方向，以及所述雅克比矩阵得到所述机器人在当前运动方向上的安全速度。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述雅克比矩阵判断下一运动时刻所述机器人关节构型的变化趋势，具体包括以下步骤：计算所述雅克比矩阵行列式的数值；根据所述雅克比矩阵行列式的数值来判断所述机器人关节构型在下一运动时刻的变化趋势。