本發(fā)明涉及機(jī)械臂控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二自由度機(jī)械手臂控制方法及其裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化技術(shù)越來越普及人們的生活，各類機(jī)器人的研究也一直非?；馃岬恼n題，采用機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，不但可以提高效率和準(zhǔn)確率，也為企業(yè)減少了一些人力的上的開支。

針對(duì)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡問題，控制系統(tǒng)則是其關(guān)鍵所在，而要控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡，則取決于如何選取機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)算法。目前的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)算法內(nèi)容復(fù)雜，運(yùn)算量大。

因此，如何提供一種算法簡(jiǎn)單的二自由度機(jī)械手臂控制方法及其裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種二自由度機(jī)械手臂控制方法及其裝置，通過將空間坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制算法，減少計(jì)算量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制方法，包括：

接收用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)pn＝(xn,yn,zn)；

將空間直角坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系，依據(jù)所述空間直角坐標(biāo)計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)在所述水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和所述豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn，并進(jìn)行存儲(chǔ)；

依據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，確定所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前位置的移動(dòng)角度作為所述機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

依據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械手臂的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至所述目標(biāo)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述依據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，確定所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前位置的移動(dòng)角度的過程具體為：

計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度與上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度的差值，得到所述機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(θ,α)＝(θn-θn-1,αn-αn-1)；

其中，上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度為(θn-1,αn-1)；n為正整數(shù)；n＝1時(shí)，對(duì)應(yīng)的上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述依據(jù)所述空間直角坐標(biāo)計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)在所述水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和所述豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn的過程具體為：

依據(jù)空間變換關(guān)系式計(jì)算所述移動(dòng)角度，所述空間變換關(guān)系式具體為：

優(yōu)選地，所述目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)中的xn,yn,zn的絕對(duì)值均大于0。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制裝置，包括：

接收模塊，用于接收用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)pn＝(xn,yn,zn)；

第一角度計(jì)算模塊，用于將空間直角坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系，依據(jù)所述空間直角坐標(biāo)計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)在所述水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和所述豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn；

歷史數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)所述目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)角度；

第二角度計(jì)算模塊，用于依據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，確定所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前位置的移動(dòng)角度作為所述機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

驅(qū)動(dòng)模塊，用于依據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械手臂的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至所述目標(biāo)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述第二角度計(jì)算模塊具體用于：

計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度與上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度的差值，得到所述機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(θ,α)＝(θn-θn-1,αn-αn-1)；其中，上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度為(θn-1,αn-1)；n為正整數(shù)；n＝1時(shí)，對(duì)應(yīng)的上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述第一角度計(jì)算模塊具體包括：

水平計(jì)算單元，用于依據(jù)所述空間直角坐標(biāo)和水平空間變換關(guān)系式計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)在所述水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，所述水平空間變換關(guān)系式為

豎直計(jì)算單元，用于依據(jù)所述空間直角坐標(biāo)和豎直空間變換關(guān)系式計(jì)算所述豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn；所述豎直空間變換關(guān)系式為

本發(fā)明提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制方法及其裝置，將空間坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系后，依據(jù)用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)，計(jì)算本次機(jī)械手臂在水平面內(nèi)和豎直面內(nèi)移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)分別需要的移動(dòng)角度，之后驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的電機(jī)依據(jù)該移動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)至該目標(biāo)點(diǎn)?？梢姡景l(fā)明僅是一個(gè)二維坐標(biāo)系內(nèi)的角度坐標(biāo)計(jì)算，算法極其簡(jiǎn)單，降低了機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制過程中的計(jì)算量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種二自由度機(jī)械手臂控制方法的的過程的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種二自由度機(jī)械手臂控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種二自由度機(jī)械手臂控制方法及其裝置，通過將空間坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制算法，減少計(jì)算量。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制方法，參見圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的一種二自由度機(jī)械手臂控制方法的的過程的流程圖；該方法包括：

步驟s1：接收用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)pn＝(xn,yn,zn)；

步驟s2：將空間直角坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系，依據(jù)空間直角坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn，并進(jìn)行存儲(chǔ)；

可以理解的是，機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)可以拆分為在水平方向上的左右轉(zhuǎn)動(dòng)和在豎直方向上的上下轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，分別計(jì)算機(jī)械手臂在水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系上的移動(dòng)角度即可控制機(jī)械手臂移動(dòng)至相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)。

步驟s3：依據(jù)目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，確定目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前位置的移動(dòng)角度作為機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

步驟s4：依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。

在一種具體實(shí)施例中，步驟s3的過程具體為：

計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度與上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度的差值，得到機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(θ,α)＝(θn-θn-1,αn-αn-1)；其中，上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度為(θn-1,αn-1)；n為正整數(shù)；n＝1時(shí)，對(duì)應(yīng)的上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)。

可以理解的是，機(jī)械手臂為連續(xù)運(yùn)動(dòng)的，因此一次運(yùn)動(dòng)完成后，下次運(yùn)動(dòng)優(yōu)選是自上次運(yùn)動(dòng)到的位置作為起始，進(jìn)一步進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。這種情況下，本次機(jī)械手臂的移動(dòng)角度應(yīng)該是相對(duì)于上次目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)角度。但是，由于相對(duì)于上次目標(biāo)點(diǎn)并不好進(jìn)行計(jì)算，因此，分別計(jì)算本次目標(biāo)點(diǎn)與上次目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，再進(jìn)行作差，即可得到本次機(jī)械手臂的移動(dòng)角度相對(duì)于上次目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)角度。例如，上次目標(biāo)點(diǎn)在水平面上相對(duì)原點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)+20°，本次目標(biāo)點(diǎn)在水平面上相對(duì)原點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)+60°，則本次機(jī)械手臂的移動(dòng)角度相對(duì)于上次目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)角度為+40°。

當(dāng)然，在其他情況下，也可能出現(xiàn)機(jī)械手復(fù)位的情況，例如機(jī)械手每次動(dòng)作完成后即回到原始位置，這種情況下每次計(jì)算得到的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度即為機(jī)械手臂移動(dòng)本次的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

需要注意的是，由于機(jī)械手臂可以在水平面旋轉(zhuǎn)180°，因此，最終得到的移動(dòng)角度可能大于90°。并且，為了保證旋轉(zhuǎn)角度的一致性，水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸的正負(fù)方向需要是固定的，且正向旋轉(zhuǎn)時(shí)依次通過的四個(gè)象限的順序也是固定的，依據(jù)機(jī)械手臂的安裝位置與工作需求決定。

具體的，步驟s2中，依據(jù)空間直角坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn的過程具體為：

依據(jù)空間變換關(guān)系式計(jì)算移動(dòng)角度，空間變換關(guān)系式具體為：

可以理解的是，水平坐標(biāo)系一般指的是xoy平面，豎直坐標(biāo)系一般指的是yoz平面，當(dāng)然特殊情況下，豎直坐標(biāo)系也可以指的是xoz平面。具體如何選取本發(fā)明不作限定。

作為優(yōu)選地，目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)中的xn,yn,zn的絕對(duì)值均大于0。

可以理解的是，由于機(jī)械手臂具有耦合性，機(jī)械手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要在水平方向上和豎直方向上同時(shí)發(fā)生移動(dòng)，因此，xn,yn,zn的絕對(duì)值均大于0。

本發(fā)明提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制方法，將空間坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系后，依據(jù)用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)，計(jì)算本次機(jī)械手臂在水平面內(nèi)和豎直面內(nèi)移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)分別需要的移動(dòng)角度，之后驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的電機(jī)依據(jù)該移動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)至該目標(biāo)點(diǎn)?？梢姡景l(fā)明僅是一個(gè)二維坐標(biāo)系內(nèi)的角度坐標(biāo)計(jì)算，算法極其簡(jiǎn)單，降低了機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制過程中的計(jì)算量。

本發(fā)明還提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制裝置，參見圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的一種二自由度機(jī)械手臂控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置包括：

接收模塊11，用于接收用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)pn＝(xn,yn,zn)；

第一角度計(jì)算模塊12，用于將空間直角坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系，依據(jù)空間直角坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，和豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn；

歷史數(shù)據(jù)庫14，用于存儲(chǔ)目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)角度；

第二角度計(jì)算模塊13，用于依據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度，確定所述目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前位置的移動(dòng)角度作為所述機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

驅(qū)動(dòng)模塊15，用于依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，第二角度計(jì)算模塊13具體用于：

計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度與上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度的差值，得到機(jī)械手臂本次移動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度(θ,α)＝(θn-θn-1,αn-αn-1)；其中，上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度為(θn-1,αn-1)；n為正整數(shù)；n＝1時(shí)，對(duì)應(yīng)的上次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)為原點(diǎn)；

作為優(yōu)選地，第一角度計(jì)算模塊12具體包括：

水平計(jì)算單元，用于依據(jù)空間直角坐標(biāo)和水平空間變換關(guān)系式計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在水平坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度θn，水平空間變換關(guān)系式為

豎直計(jì)算單元，用于依據(jù)空間直角坐標(biāo)和豎直空間變換關(guān)系式計(jì)算豎直坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于原點(diǎn)的移動(dòng)角度αn；豎直空間變換關(guān)系式為

本發(fā)明提供了一種二自由度機(jī)械手臂控制裝置，將空間坐標(biāo)系拆分為水平坐標(biāo)系和豎直坐標(biāo)系后，依據(jù)用戶輸入的、機(jī)械手臂本次移動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)，計(jì)算本次機(jī)械手臂在水平面內(nèi)和豎直面內(nèi)移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)分別需要的移動(dòng)角度，之后驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的電機(jī)依據(jù)該移動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)至該目標(biāo)點(diǎn)?？梢?，本發(fā)明僅是一個(gè)二維坐標(biāo)系內(nèi)的角度坐標(biāo)計(jì)算，算法極其簡(jiǎn)單，降低了機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)控制過程中的計(jì)算量。

以上的幾種具體實(shí)施方式僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和構(gòu)思前提下推演出的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

還需要說明的是，在本說明書中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。