自动拉伸机械手臂控制方法
阅读说明：本技术 自动拉伸机械手臂控制方法 (Control method for automatic stretching mechanical arm ) 是由 陈玲玲 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自动拉伸机械手臂控制方法,涉及机械手臂技术领域,包括根据机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系；确定机械手臂本次移动的目标点的空间直角坐标；根据目标点的空间直角坐标确定机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度；控制系统控制机械手臂的各个臂节按照预定运动方向和旋转角度进行运动。本发明以机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系,确定目标点的空间直角坐标,之后计算出机械手臂各个臂节的旋转方向和旋转角度,然后通过控制系统控制机械手臂的各个臂节同时按照预定运动轨迹运动即可,运动控制过程快捷,运动平滑,不存在重复运动的情况。(The invention discloses a control method of an automatic stretching mechanical arm, which relates to the technical field of mechanical arms and comprises the steps of establishing a space rectangular coordinate system according to the initial position of the mechanical arm; determining the spatial rectangular coordinate of the target point of the current movement of the mechanical arm; determining the motion direction and the rotation angle of each arm section of the mechanical arm according to the spatial rectangular coordinates of the target point; and the control system controls each arm section of the mechanical arm to move according to the preset movement direction and the preset rotation angle. According to the invention, a space rectangular coordinate system is established according to the initial position of the mechanical arm, the space rectangular coordinate of the target point is determined, then the rotating direction and the rotating angle of each arm section of the mechanical arm are calculated, then each arm section of the mechanical arm is controlled by a control system to move according to a preset movement track, the movement control process is rapid, the movement is smooth, and the situation of repeated movement does not exist.)
技术领域
本发明涉及机械手臂技术领域，特别是涉及一种自动拉伸机械手臂控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，智能化技术越来越普及，机械臂行业发展迅速。机械臂一般由多个臂节组成。针对机械臂的运动轨迹问题，控制系统是关键所在，其能够控制机械手臂精准完成复杂、重复的动作，运动控制过程中，运动控制的平滑性和轨迹规划的合理性会影响机械手臂相关硬件设备的寿命和用户使用体验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种自动拉伸机械手臂控制方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种自动拉伸机械手臂控制方法，包括，
根据机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系；
确定机械手臂本次移动的目标点的空间直角坐标；
根据目标点的空间直角坐标确定机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度；
控制系统控制机械手臂的各个臂节按照预定运动方向和旋转角度进行运动。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制方法的一种优选方案，其中：所述根据机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系包括，
以机械手臂第一臂节的端点作为空间直角坐标系的坐标原点；
确定机械手臂第一臂节的运动范围，并在空间直角坐标系中确定X轴、Y轴以及Z轴的最大运动轨迹；
在空间直角坐标系内，以第一臂节的运动轨迹为对应基点，确定第二臂节在空间直角坐标系中确定X轴、Y轴以及Z轴的最大运动轨迹；
重复上述步骤，直至确定机械手臂所有臂节在空间直角坐标系中的最大运动轨迹。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制方法的一种优选方案，其中：所述根据目标点的空间直角坐标确定机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度包括，
确定机械手臂各个臂节的初始坐标参数值；
根据机械手臂各个臂节的初始坐标参数值以及目标点的坐标参数值建立齐次转换矩阵；
根据齐次转转矩阵计算推导出机械手臂各个臂节的旋转角度。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制方法的一种优选方案，其中：所述齐次转换矩阵为：
其中，所述为第n个臂节的齐次转换矩阵。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制方法的一种优选方案，其中：所述根据齐次转转矩阵计算推导出机械手臂各个臂节的旋转角度包括，
按照以下公式计算第n个臂节的旋转角度θn，θn＝[Tn]*[0A1]-1[1A2]-1…[n-1An]-1。
本发明还提供了一种自动拉伸机械手臂控制系统，包括，
接收模块，用于接收机械手臂本次移动的目标点的空间直角坐标；
计算模块，用于根据目标点的空间直角坐标计算机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度；
主控模块，用于接收计算模块传输的计算数据，并根据计算数据控制机械手臂各个臂节运动。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制系统的一种优选方案，其中：所述计算模块进一步用于：
根据齐次转转矩阵计算推导出机械手臂各个臂节的旋转角度，所述齐次转换矩阵为：
其中，所述为第n个臂节的齐次转换矩阵；
并按照以下公式计算第n个臂节的旋转角度θn，θn＝[Tn]*[0A1]-1*[1A2]-1…[n-1An]-1。
作为本发明所述自动拉伸机械手臂控制系统的一种优选方案，其中：还包括数据储存模块，用于储存目标点的空间直角坐标以及机械手臂各个臂节对应的移动参数。
本发明的有益效果是：
本发明以机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系，确定目标点的空间直角坐标，之后计算出机械手臂各个臂节的旋转方向和旋转角度，然后通过控制系统控制机械手臂的各个臂节同时按照预定运动轨迹运动即可，运动控制过程快捷，运动平滑，不存在重复运动的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的自动拉伸机械手臂控制方法的流程示意图；
图2为本实施例中建立的空间直角坐标系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
本实施例提供了一种自动拉伸机械手臂控制方法，包括步骤S101～S104，具体步骤说明如下：
S101、根据机械手臂的初始位置建立空间直角坐标系。
具体的，以六轴机械手臂为例，建立空间直角坐标系包括以下步骤：
a、以机械手臂位于底座上的第一臂节的下端点作为空间直角坐标系的坐标原点；
b、根据机械手臂第一臂节的运动范围，确定第一臂节在空间直角坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴的最大运动轨迹；
c、以第一臂节的运动轨迹为对应基点，根据机械手臂第二臂节的运动范围，确定第二臂节在空间直角坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴的最大运动轨迹；
d、以第二臂节的运动轨迹为对应基点，确定第三臂节在空间直角坐标系中的最大运动轨迹，依次类推，直至完成所有臂节在空间直角坐标系中的最大运动轨迹。
需要说明的是，任一臂节若仅可沿Y轴运动，即只需要确定其在空间直角坐标系中沿Y轴的最大运动轨迹即可。
参见图，为本实施例中以六轴机械手臂为例建立的空间直角坐标系。
S102、确定机械手臂本次移动的目标点的空间直角坐标。
具体的，在步骤S101中建立的空间直角坐标系中确定机械手臂本次移动的目标点，并得到该目标点的空间直角坐标为(X0，Y0，Z0)。
S103、根据目标点的空间直角坐标确定机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度。
具体的，首先根据目标点的空间直角坐标，拆分为水平方向相对于坐标原点的移动角度和竖直方向的移动角度。然后确定机械手臂各个臂节的初始坐标参数值。本实施例以上述的六轴机械手臂为例，机械手臂各个臂节的初始坐标参数值参见表1：
臂节
θ<sub>i</sub>(°)
d<sub>i</sub>(mm)
a<sub>i</sub>(mm)
α<sub>i</sub>(°)
1
0
136
280
0
2
90
148
0
90
3
90
0
220
0
4
-90
0
-154
0
5
0
0
-72
-90
6
0
0
0
0
表1
根据上述各个臂节的初始坐标参数值以及目标点的坐标参数值建立齐次转换矩阵。具体齐次转换矩阵为：
其中，所述为第n个臂节的齐次转换矩阵。
之后并按照以下公式计算第n个臂节的旋转角度θn，θn＝[Tn]*[0A1]-1*[1A2]-1…[n -1An]-1。
以θ2为例，相同的，其他臂节的旋转角度按照上述步骤依次求出，这样即可得到机械手臂各个臂节的旋转角度。
S104、控制系统控制机械手臂的各个臂节按照预定运动方向和旋转角度进行运动。
需要说明的是，机械手臂各个臂节同时进行运动。
本实施例还提供了一种自动拉伸机械手臂控制系统，包括，
接收模块，用于接收机械手臂本次移动的目标点的空间直角坐标；
计算模块，用于根据目标点的空间直角坐标计算机械手臂各个臂节的运动方向和旋转角度；
主控模块，用于接收计算模块传输的计算数据，并根据计算数据控制机械手臂各个臂节运动。
其中：计算模块根据齐次转转矩阵计算推导出机械手臂各个臂节的旋转角度，齐次转换矩阵为：
其中，[n-1An]为第n个臂节的齐次转换矩阵；
并按照以下公式计算第n个臂节的旋转角度θn，θn＝[Tn]*[0A1]-1*[1A2]-1…[n-1An]-1。
另外，上述自动拉伸机械手臂控制系统还包括数据储存模块，该数据储存模块与主控模块相连。主控模块将目标点的空间直角坐标以及计算得到的机械手臂各个臂节对应的移动参数传输至数据储存模块，数据储存模块将目标点的空间直角坐标与机械手臂各个臂节对应的移动参数传输合并进行储存。后续操作过程中，若输入的目标点的空间直角坐标与数据储存模块中某一目标点的空间直角坐标一致，则可调用对应的机械手臂各个臂节对应的移动参数，从而省去计算过程。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。