CN111590596A - 一种机器人的动作调整系统及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人的动作调整系统，其中，包括：通过工控机将实时位置与动作轨迹对应的电机标准位置对比，判断机器人的上臂当前的动作轨迹是否正确，并在判断结果表示上臂当前的动作轨迹不正确时，对电机的位置进行调整；还通过工控机检测出上臂和下臂的各个关节的目标位置信息以及到达目标位置时间，并经过解析后向各个关节输出对应的控制指令，并在各个关节已完成控制指令时，以输出机器人以及各个关节的位置和姿态。有益效果：将实时位置与动作轨迹所对应的电机标准位置进行对比，从而根据两者的差值来调整电机的位置，且在各个关节完成控制指令时输出机器人以及各个关节的位置和姿态。

Description

一种机器人的动作调整系统及调整方法

技术领域

本发明涉及智能机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人的动作调整系统及调整方法。

背景技术

随着人工智能技术的快速发展，市面上出现了很多类人型的智能机器人，智能机器人的动作由机器人主体内的控制器来规划。智能机器人的四肢由多个关节组成，每个关节都设有对应的电机，控制器就是通过调整各个电机的运行参数来实现对各个关节的运行轨迹的调整。

在现有技术中，如图1所示，例如专利号为WO2014162162的发明专利，机器人是能够执行至少部分自动化任务的机电设备。人形机器人是设计为在美学上类似于人类的机器人类型。类人机器人的动作也可以被编程为使得类人机器人执行与人相似的动作，类人机器人可以用于执行任务，用于研究目的或用于娱乐。上述技术方案中还存在一些问题，电机在实际运行的过程中可能会出现偏差，导致控制器规划的动作偏差较大，无法实现动作轨迹。

因此，本发明提供一种机器人的动作调整系统及动作调整方法，通过多个位置传感器实时采集各个电机的实时位置，并将实时位置与动作轨迹所对应的电机标准位置进行对比，根据两者的差值来调整电机的位置，从而使机器人完成动作轨迹。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种机器人的动作调整系统及调整方法。

具体技术方案如下：

本发明包括一种机器人的动作调整系统，应用于一机器人，所述机器人包括主体，所述主体的两侧分别设有一条上臂，所述动作调整系统包括：

每条所述上臂中包括一工控机和至少一个电机对应连接，且所述工控机与一上位机通信连接，所述工控机内存储有根据所述机器人的任务指令和实时动作姿态计算出的至少一个动作轨迹，所述工控机根据所述动作轨迹形成一控制信号发送给所述电机，以驱动所述电机工作，每个所述动作轨迹对应一电机标准位置；

多个位置传感器，分别设置于多个所述电机上，并与所述工控机连接，用于检测所述电机的实时位置并反馈给所述工控机；

所述工控机将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比，以判断所述上臂当前的动作轨迹是否正确，并在判断结果表示所述上臂当前动作轨迹不正确时，对所述电机的位置进行调整。

优选的，所述工控机包括：

一判断单元，将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比：

若所述实时位置与所述电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹正确的一第一判断结果；

若所述差值在一第二预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差的一第二判断结果；

若所述差值在一第三预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差的一第三判断结果；

一第一调整单元，连接所述判断单元，用于接收所述第二判断结果，并根据所述差值形成一微调指令发送给所述电机，以调整所述电机的位置；

一通信单元，连接所述判断单元，用于接收所述第三判断结果，并将所述差值反馈给所述上位机，所述上位机根据所述差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给所述工控机；

一第二调整单元，连接所述通信单元，用于根据所述调整指令调整所述电机的位置。

优选的，所述工控机还包括：

一检测单元，用于检测每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的目标位置信息以及到达目标位置时间；

一解析单元，连接所述检测单元，用于解析所述目标位置信息和所述到达目标位置时间，以向每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节输出一对应的控制指令；

一输出单元，连接所述解析单元以及每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的一反馈单元，用于在每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节已完成所述控制指令时，以输出所述机器人以及每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的位置和姿态。

优选的，所述反馈单元包括一力传感器，用于检测每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节是否完成所述控制指令。

优选的，每条所述上臂的各个关节包括：

一第一肩旋转关节，所述第一肩旋转关节的一端连接于所述主体的上端；

一第一肩俯仰关节，所述第一肩俯仰关节的一端连接于所述第一肩旋转关节的另一端；

一第一肘旋转关节，所述第一肘旋转关节的一端连接所述第一肩俯仰关节的另一端；

一第一肘俯仰关节，所述第一肘俯仰关节的一端连接所述第一肘旋转关节的另一端；

一冗余旋转关节，所述冗余旋转关节的一端连接所述第一肘俯仰关节的另一端；

一腕俯仰关节，所述腕俯仰关节的一端连接所述冗余旋转关节的另一端；

一腕旋转关节，所述腕旋转关节的一端连接所述腕俯仰关节的另一端；

一勾爪，所述勾爪连接于所述腕旋转关节的另一端。

优选的，每条所述上臂还包括一第一履带轮和一第一抓钩，所述第一履带轮和所述第一抓钩对立设置于所述冗余旋转关节与所述腕俯仰关节之前。

优选的，每条所述下臂的各个关节包括：

一第二肩旋转关节，所述第二肩旋转关节的一端连接于所述主体的下端；

一第二肩俯仰关节，所述第二肩俯仰关节的一端连接于所述第二肩旋转关节的另一端；

一第二肘旋转关节，所述第二肘旋转关节的一端连接所述第二肩俯仰关节的另一端；

一第二肘俯仰关节，所述第二肘俯仰关节的一端连接所述第二肘旋转关节的另一端；

一旋转关节，所述旋转关节的一端连接所述第二肘俯仰关节的另一端；

一第二履带轮，所述第二履带轮的一端连接所述旋转关节的另一端；

一压放关节，所述压放关节的一端连接所述第二履带轮的另一端。

优选的，所述旋转关节上还设置有一第二抓钩。

本发明还包括一种机器人的动作调整方法，应用于上述动作调整系统，包括以下步骤：

步骤S1，所述工控机根据所述动作轨迹形成所述控制信号发送给所述电机，以驱动所述电机工作；

步骤S2，多个所述位置传感器分别检测对应的所述电机的实时位置并反馈给所述工控机；

步骤S3，所述工控机将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比，以判断所述上臂当前执行的动作是否正确，并在判断结果表示不正确时，对所述电机的位置进行调整。

优选的，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比：

若所述实时位置与所述电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹正确；

若所述差值在一第二预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差，随后转向步骤S32；

若所述差值在一第三预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差，随后转向步骤S33；

步骤S32，并根据所述差值形成一微调指令发送给所述电机，以调整所述电机的位置；

步骤S33，将所述差值反馈给所述上位机，所述上位机根据所述差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给所述工控机；

步骤S34，根据所述调整指令调整所述电机的位置。

本发明技术方案的有益效果在于：提供一种机器人的动作调整系统及动作调整方法，通过多个位置传感器实时采集各个电机的实时位置，并将实时位置与动作轨迹所对应的电机标准位置进行对比，从而根据两者的差值来调整电机的位置。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为现有技术中的机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例中的动作调整系统的原理框图；

图3为本发明实施例中的动作调整系统的机器人的各个关节的控制原理框图；

图4为本发明实施例中的动作调整方法的步骤流程图；

图5为本发明实施例中的动作调整方法的S3步骤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种机器人的动作调整系统，应用于一机器人，机器人包括主体，主体的两侧分别设有一条上臂，如图2所示，动作调整系统包括：

每条上臂中包括一工控机1和至少一个电机2对应连接，且工控机1与一上位机3通信连接，工控机1内存储有根据机器人的任务指令和实时动作姿态计算出的至少一个动作轨迹，工控机1根据动作轨迹形成一控制信号发送给电机2，以驱动电机2工作，每个动作轨迹对应一电机标准位置；

多个位置传感器4，分别设置于多个电机2上，并与工控机1连接，用于检测电机2的实时位置并反馈给工控机1；

工控机1将实时位置与动作轨迹对应的电机标准位置进行对比，以判断上臂当前的动作轨迹是否正确，并在判断结果表示上臂当前动作轨迹不正确时，对电机2的位置进行调整。

具体地，本实施例中通过多个位置传感器4实时采集各个电机的实时位置，并将实时位置与动作轨迹所对应的电机标准位置进行对比，在两者的差值较大时，从而根据两者的差值来调整电机2的位置。

在一种较优的实施例中，如图2所示，工控机包括：

一判断单元101，将实时位置与动作轨迹对应的电机标准位置进行对比：

若实时位置与电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则输出用于表示上臂当前的动作轨迹正确的一第一判断结果；

若差值在一第二预设范围内，则输出用于表示上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差的一第二判断结果；

若差值在一第三预设范围内，则输出用于表示上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差的一第三判断结果；

一第一调整单元102，连接判断单元101，用于接收第二判断结果，并根据差值形成一微调指令发送给电机，以调整电机的位置；

一通信单元103，连接判断单元101，用于接收第三判断结果，并将差值反馈给上位机，上位机根据差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给工控机；

一第二调整单元104，连接通信单元103，用于根据调整指令调整电机的位置。

具体地，在本实施例中，在实时位置与电机标准位置的差值在第一预设范围内，系统判断电机的实时位置的误差较小，在允许误差的范围之内，无需对电机的位置进行调整；在实时位置与电机标准位置的差值在第二预设范围内，系统判断电机的实时位置出现轻微误差，需要进行微调，由MCU发出微调指令来进行调整；在实时位置与电机标准位置的差值在第三预设范围内，系统判断电机的实时位置出现重大误差，则由上位机重新规划关节的运动轨迹后反馈给工控机一个调整指令，以调整电机的位置。

在一种较优的实施例中，工控机1还包括：

一检测单元105，用于检测每条上臂和每条下臂的各个关节的目标位置信息以及到达目标位置时间；

一解析单元106，连接检测单元105，用于解析目标位置信息和到达目标位置时间，以向每条上臂和每条下臂的各个关节输出一对应的控制指令；

一输出单元107，连接解析单元105以及每条上臂和每条下臂的各个关节的一反馈单元108，用于在每条上臂和每条下臂的各个关节已完成控制指令时，以输出机器人以及每条上臂和每条下臂的各个关节的位置和姿态。

具体地，如图3所示，工控机1中还包括检测单元105、解析单元106、输出单元107以及每条上臂和每条下臂的各个关节的反馈单元108，其中通过检测单元105检测出每条上臂和每条下臂的各个关节的目标位置信息以及到达目标位置时间，再根据解析单元106解析出目标位置信息和到达目标位置时间，以向每条上臂和每条下臂的各个关节输出对应的控制指令。

进一步地，再通过输出单元107将上述的控制指令分别发送至各个关节中，同时各个关节根据本身的控制进行执行动作，并通过各个关节的反馈单元108中的力传感器检测各个关节的执行动作是否与控制指令相匹配，并当各个关节的执行动作与控制指令相匹配时，从而输出机器人以及每条上臂和每条下臂的各个关节的位置和姿态。

在一种较优的实施例中，每条上臂的各个关节包括：

一第一肩旋转关节，第一肩旋转关节的一端连接于主体的上端；

一第一肩俯仰关节，第一肩俯仰关节的一端连接于第一肩旋转关节的另一端；

一第一肘旋转关节，第一肘旋转关节的一端连接第一肩俯仰关节的另一端；

一第一肘俯仰关节，第一肘俯仰关节的一端连接第一肘旋转关节的另一端；

一冗余旋转关节，冗余旋转关节的一端连接第一肘俯仰关节的另一端；

一腕俯仰关节，腕俯仰关节的一端连接冗余旋转关节的另一端；

一腕旋转关节，腕旋转关节的一端连接腕俯仰关节的另一端；

一勾爪，勾爪连接于腕旋转关节的另一端。

在一种较优的实施例中，每条上臂还包括一第一履带轮和一第一抓钩，第一履带轮和第一抓钩对立设置于冗余旋转关节与腕俯仰关节之前。

在一种较优的实施例中，每条下臂的各个关节包括：

一第二肩旋转关节，第二肩旋转关节的一端连接于主体的下端；

一第二肩俯仰关节，第二肩俯仰关节的一端连接于第二肩旋转关节的另一端；

一第二肘旋转关节，第二肘旋转关节的一端连接第二肩俯仰关节的另一端；

一第二肘俯仰关节，第二肘俯仰关节的一端连接第二肘旋转关节的另一端；

一旋转关节，旋转关节的一端连接第二肘俯仰关节的另一端；

一第二履带轮，第二履带轮的一端连接旋转关节的另一端；

一压放关节，压放关节的一端连接第二履带轮的另一端。

在一种较优的实施例中，旋转关节上还设置有一第二抓钩。

本发明还包括一种机器人的动作调整方法，如图4所示，应用于上述动作调整系统，包括以下步骤：

步骤S1，工控机根据预存的动作轨迹形成控制信号发送给电机，以驱动电机工作；

步骤S2，多个位置传感器分别检测对应的电机的实时位置并反馈给工控机；

步骤S3，工控机将实时位置与动作轨迹对应的电机标准位置进行对比，以判断上臂当前执行的动作是否正确，并在判断结果表示不正确时，对电机的位置进行调整。

在一种较优的实施例中，如图5所示，步骤S3具体包括：

步骤S31，将实时位置与动作轨迹对应的电机标准位置进行对比：

若实时位置与电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则表示上臂当前的动作轨迹正确；

若差值在一第二预设范围内，则表示上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差，随后转向步骤S32；

若差值在一第三预设范围内，则表示上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差，随后转向步骤S33；

步骤S32，并根据差值形成一微调指令发送给电机，以调整电机的位置；

步骤S33，将差值反馈给上位机，上位机根据差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给工控机；

步骤S34，根据调整指令调整电机的位置。

具体地，在本实施例中，在实时位置与电机标准位置的差值在第一预设范围内，系统判断电机的实时位置的误差较小，在允许误差的范围之内，无需对电机的位置进行调整；在实时位置与电机标准位置的差值在第二预设范围内，系统判断电机的实时位置出现轻微误差，需要进行微调，由工控机发出微调指令来进行调整；在实时位置与电机标准位置的差值在第三预设范围内，系统判断电机的实时位置出现重大误差，则由上位机重新规划关节的运动轨迹后反馈给工控机一个调整指令，以调整电机的位置。

本发明技术方案的有益效果在于：提供一种机器人的动作调整系统及动作调整方法，通过多个位置传感器实时采集各个电机的实时位置，并将实时位置与动作轨迹所对应的电机标准位置进行对比，从而根据两者的差值来调整电机的位置。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人的动作调整系统，应用于一机器人，所述机器人包括主体，所述主体的上端两侧分别设有一条上臂，所述主体的下端两侧分别设有一条下臂，其特征在于，所述动作调整系统包括：

每条所述上臂中包括一工控机和至少一个电机对应连接，且所述工控机与一上位机通信连接，所述工控机内存储有根据所述机器人的任务指令和实时动作姿态计算出的至少一个动作轨迹，所述工控机根据所述动作轨迹形成一控制信号发送给所述电机，以驱动所述电机工作，每个所述动作轨迹对应一电机标准位置；

多个位置传感器，分别设置于多个所述电机上，并与所述工控机连接，用于检测所述电机的实时位置并反馈给所述工控机；

所述工控机将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比，以判断所述上臂当前的动作轨迹是否正确，并在判断结果表示所述上臂当前动作轨迹不正确时，对所述电机的位置进行调整。

2.根据权利要求1所述的动作调整系统，其特征在于，所述工控机包括：

一判断单元，将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比：

若所述实时位置与所述电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹正确的一第一判断结果；

若所述差值在一第二预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差的一第二判断结果；

若所述差值在一第三预设范围内，则输出用于表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差的一第三判断结果；

一第一调整单元，连接所述判断单元，用于接收所述第二判断结果，并根据所述差值形成一微调指令发送给所述电机，以调整所述电机的位置；

一通信单元，连接所述判断单元，用于接收所述第三判断结果，并将所述差值反馈给所述上位机，所述上位机根据所述差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给所述工控机；

一第二调整单元，连接所述通信单元，用于根据所述调整指令调整所述电机的位置。

3.根据权利要求1所述的动作调整系统，其特征在于，所述工控机还包括：

一检测单元，用于检测每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的目标位置信息以及到达目标位置时间；

一解析单元，连接所述检测单元，用于解析所述目标位置信息和所述到达目标位置时间，以向每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节输出一对应的控制指令；

一输出单元，连接所述解析单元以及每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的一反馈单元，用于在每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节已完成所述控制指令时，以输出所述机器人以及每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节的位置和姿态。

4.根据权利要求3所述的动作调整系统，其特征在于，所述反馈单元包括一力传感器，用于检测每条所述上臂和每条所述下臂的各个关节是否完成所述控制指令。

5.根据权利要求3所述的动作调整系统，其特征在于，每条所述上臂的各个关节包括：

一第一肩旋转关节，所述第一肩旋转关节的一端连接于所述主体的上端；

一第一肩俯仰关节，所述第一肩俯仰关节的一端连接于所述第一肩旋转关节的另一端；

一第一肘旋转关节，所述第一肘旋转关节的一端连接所述第一肩俯仰关节的另一端；

一第一肘俯仰关节，所述第一肘俯仰关节的一端连接所述第一肘旋转关节的另一端；

一冗余旋转关节，所述冗余旋转关节的一端连接所述第一肘俯仰关节的另一端；

一腕俯仰关节，所述腕俯仰关节的一端连接所述冗余旋转关节的另一端；

一腕旋转关节，所述腕旋转关节的一端连接所述腕俯仰关节的另一端；

一勾爪，所述勾爪连接于所述腕旋转关节的另一端。

6.根据权利要求5所述的动作调整系统，其特征在于，每条所述上臂还包括一第一履带轮和一第一抓钩，所述第一履带轮和所述第一抓钩对立设置于所述冗余旋转关节与所述腕俯仰关节之前。

7.根据权利要求3所述的动作调整系统，其特征在于，每条所述下臂的各个关节包括：

一第二肩旋转关节，所述第二肩旋转关节的一端连接于所述主体的下端；

一第二肩俯仰关节，所述第二肩俯仰关节的一端连接于所述第二肩旋转关节的另一端；

一第二肘旋转关节，所述第二肘旋转关节的一端连接所述第二肩俯仰关节的另一端；

一第二肘俯仰关节，所述第二肘俯仰关节的一端连接所述第二肘旋转关节的另一端；

一旋转关节，所述旋转关节的一端连接所述第二肘俯仰关节的另一端；

一第二履带轮，所述第二履带轮的一端连接所述旋转关节的另一端；

一压放关节，所述压放关节的一端连接所述第二履带轮的另一端。

8.根据权利要求1所述的动作调整系统，其特征在于，所述旋转关节上还设置有一第二抓钩。

9.一种机器人的动作调整方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任一所述的动作调整系统，包括以下步骤：

步骤S1，所述工控机根据所述动作轨迹形成所述控制信号发送给所述电机，以驱动所述电机工作；

步骤S2，多个所述位置传感器分别检测对应的所述电机的实时位置并反馈给所述工控机；

步骤S3，所述工控机将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比，以判断所述上臂当前的动作轨迹是否正确，并在判断结果表示不正确时，对所述电机的位置进行调整。

10.根据权利要求9所述动作调整方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，将所述实时位置与所述动作轨迹对应的所述电机标准位置进行对比：

若所述实时位置与所述电机标准位置的差值在一第一预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹正确；

若所述差值在一第二预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现轻微误差，随后转向步骤S32；

若所述差值在一第三预设范围内，则表示所述上臂当前的动作轨迹不正确且出现重大误差，随后转向步骤S33；

步骤S32，并根据所述差值形成一微调指令发送给所述电机，以调整所述电机的位置；

步骤S33，将所述差值反馈给所述上位机，所述上位机根据所述差值进行重新规划，并反馈一调整指令反馈给所述工控机；

步骤S34，根据所述调整指令调整所述电机的位置。

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