一种仿人双臂护理机器人控制方法及系统

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种仿人双臂护理机器人控制方法及系统。

背景技术

我们国家一直以来重视养老助残类护理机器人的发展，并启动很多相关的项目推动护理机器人事业的发展，为国内护理机器人的发展奠定了基础。集中在各大高校以及研究院的护理机器人的研究大部分属于一代产品，还不能真正投入到实际中使用，通常科研成果需要研发几代以后才会有比较成熟、系统比较稳定的产品出现。

现有技术中只有少数结构比较简单，功能单一的机器人投入医疗及家庭的使用，比如行走、搀扶机器人等。现有技术中的仿人双臂护理机器人的控制方法不够准确，无法对仿人双臂护理机器人的运动进行有效的分析，因此使用过程中存在安全隐患，因此迫切需要改进。

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仿人双臂护理机器人控制方法，包括：

S1、选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果；

S2、根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数；

S3、根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵，从而分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果。

在本发明的一实施例中，所述步骤S1中的选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果包括：

所述仿人双臂护理机器人的机械臂的转动关节，选择转动轴的中心线作为关节轴线，设第n个关节的轴线为J

在本发明的一实施例中，所述步骤S2中的根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数包括：

S21、设置所述仿人双臂护理机器人的各个关节轴的基础坐标系的原点O

S22、所述连杆C

S23、坐标系{J

在本发明的一实施例中，所述步骤S3中的根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵包括：

使连杆C

在本发明的一实施例中，所述四次变换包括：

将连杆C

以X

沿Z

以Z

通过四次变换构成的总变换矩阵建立了双臂护理机器人坐标系{J

在本发明的一实施例中，所述步骤S3中的分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果包括：

得到所述仿人双臂护理机器人左臂的每一处连杆的变换矩阵A：

/>

用A'表示所述仿人双臂护理机器人的右臂连杆变换矩阵：

所述仿人双臂护理机器人的末端的位置和姿态为：

左臂：

右臂：

所述仿人双臂护理机器人的双机械臂运动学方程耦合式为：

本发明还提供一种仿人双臂护理机器人控制系统，包括：

建模分析模块，用于选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果；

连杆附加坐标系建立模块，用于根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数；

变换矩阵模块，用于根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵，从而分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果。

如上所述，本发明的一种仿人双臂护理机器人控制方法及系统，具有以下有益效果：

本发明的仿人双臂护理机器人控制方法及系统能够应用于机器人上，仿人双臂护理机器人的控制方法控制准确，并且可以对仿人双臂护理机器人的运动进行有效的分析，使用安全可靠。

本发明的仿人双臂护理机器人控制方法及系统采用改进D-H建模法建立护理机器人数学模型，完成了机器人双臂各个关节与腰关节的正运动学分析。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的工作流程图。

图2为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的双臂护理机器人连杆参数示意图。

图3为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的双臂护理机器人连杆坐标系图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的工作流程图。本发明提供一种仿人双臂护理机器人控制方法，本发明的仿人双臂护理机器人控制方法及系统能够应用于机器人上，仿人双臂护理机器人的控制方法控制准确，并且可以对仿人双臂护理机器人的运动进行有效的分析，使用安全可靠。仿人双臂护理机器人控制方法包括：

步骤S1、选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果。

步骤S2、根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数。

步骤S3、根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵，从而分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的双臂护理机器人连杆参数示意图。本发明提供一种仿人双臂护理机器人控制方法的仿人双臂护理机器人就是由若干运动副和杆件连接而成，对于由关节与连杆构成的多自由度机械臂运动学分析，首先采用改进D-H建模法建立护理机器人模型，根据建立的D-H数学模型得出机械臂各关节连杆参数表，再根据相邻关节之间的坐标系变换规则，可以求解出每一个关节的变换矩阵，再分析双机械臂的末端位置与位姿。

具体的，所述步骤S1中的选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果包括：

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种仿人双臂护理机器人控制方法的双臂护理机器人连杆坐标系图。所述仿人双臂护理机器人的机械臂的转动关节，选择转动轴的中心线作为关节轴线，设第n个关节的轴线为J

具体的，所述步骤S2中的根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数包括：

步骤S21、设置所述仿人双臂护理机器人的各个关节轴的基础坐标系的原点O

步骤S22、所述连杆C

步骤S23、坐标系{J

基于建立的D-H模型，由于双臂的运动与腰关节两处自由度的运动密切相关，因此在进行双臂末端位姿分析时，以腰关节俯仰自由度建立基础坐标系，取轴线J

表1：

具体的，所述步骤S3中的根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵包括：使连杆C

具体的，所述四次变换包括：

将连杆C

以X

沿Z

以Z

通过四次变换构成的总变换矩阵建立了双臂护理机器人坐标系{J

具体的，所述步骤S3中的分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果包括：

得到所述仿人双臂护理机器人左臂的每一处连杆的变换矩阵A：

用A'表示所述仿人双臂护理机器人的右臂连杆变换矩阵：

/>

所述仿人双臂护理机器人的末端的位置和姿态为：

左臂：

右臂：

所述仿人双臂护理机器人的双机械臂运动学方程耦合式为：

与本发明的一种仿人双臂护理机器人控制方法原理相似的是，本发明还提供一种仿人双臂护理机器人控制系统，包括建模分析模块、连杆附加坐标系建立模块、变换矩阵模块。所述建模分析模块用于选择改进D-H建模法对仿人双臂护理机器人进行建模分析，得到建模分析结果；所述连杆附加坐标系建立模块用于根据所述建模分析结果，建立所述仿人双臂护理机器人的连杆附加坐标系，得到所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数；所述变换矩阵模块用于根据所述仿人双臂护理机器人的运动学连杆参数，得到关节的变换矩阵，从而分析所述仿人双臂护理机器人的双臂各个关节与腰关节的正运动学分析结果。

本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行程序指令实现上述的一种仿人双臂护理机器人控制方法。所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；所述存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器也可以为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)类型的内部存储器，所述处理器、存储器可以集成为一个或多个独立的电路或硬件，如：专用集成电路(Application SpecificIntegratedCircuit，ASIC)。需要说明的是，上述的存储器中的计算机程序可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的一种仿人双臂护理机器人控制方法。计算机可读存储介质可以是，电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质或半导体系统或传播介质。计算机可读存储介质还可以包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可以包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-RW)和DVD。

综上所述，本发明的仿人双臂护理机器人控制方法及系统能够应用于机器人上，仿人双臂护理机器人的控制方法控制准确，并且可以对仿人双臂护理机器人的运动进行有效的分析，使用安全可靠。本发明的仿人双臂护理机器人控制方法及系统采用改进D-H建模法建立护理机器人数学模型，完成了机器人双臂各个关节与腰关节的正运动学分析。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。