CN111775148B - 一种机器人控制方法、装置、存储介质及机器人 - Google Patents
一种机器人控制方法、装置、存储介质及机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种机器人控制方法、装置、存储介质及机器人,所述方法包括:当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度;若确定所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度;所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速。本发明提供的方案能够减弱机器人高速运行过程中突然停止时的剧烈抖动。
Description
技术领域
本发明涉及控制领域,尤其涉及一种机器人控制方法、装置、存储介质及机器人。
背景技术
近年来,随着工业的发展,工业机器人的需求也逐渐增加,对其性能要求也不断增加。加减速运动控制作为工业机器人中不可缺少的一部分,其对于机器人性能的影响也不可忽视。当然,近年来出现了各种各样的加减速控制方法,根据距离、最大速度、最大加速度、最大捷度(捷度为加速度的导数)等对实时的速度、加速度、捷度进行规划。这些方法各有其优势,但其实都存在一个共同的问题,就是在机器人运动过程中停止的问题。一方面,用户需求是下发停止信号,机器人立即停止;另一方面,在机器人高速运动过程中,倘若想立即停止,必然会导致机器人的严重抖动。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷,提供一种机器人控制方法、装置、存储介质及机器人,以解决现有技术中机器人在高速运行过程中突然停止产生严重抖动的问题。
本发明一方面提供了一种机器人控制方法,其特征在于,包括:当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度;若判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度;所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速。
可选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
可选地,获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程,包括:根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程;和/或,根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述停止速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度;其中,所述最大停止捷度为所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生抖动的最大捷度。
可选地,还包括:若判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述预设速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度。
本发明另一方面提供了一种机器人控制装置,包括:判断单元,用于当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度;处理单元,用于若所述判断单元判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度;所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速。
可选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
可选地,所述处理单元,获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程,包括:根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程;和/或,所述处理单元,根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述停止速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度;其中,所述最大停止捷度为所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生抖动的最大捷度。
可选地,所述处理单元,还用于:若所述判断单元判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述预设速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度。
本发明又一方面提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种机器人,包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种机器人,包括前述任一所述的机器人控制装置。
根据本发明的技术方案,将停止时速度分为两类,即大于临界速度(预设速度)的高速和小于等于临界速度的低速,在高速情况下,根据不同的停止速度取不同的捷度值,使机器人在相同的行程内停下,减弱机器人高速运行过程中突然停止时的剧烈抖动,有助于减弱对机器人的损害;在低速情况下,取一个较大捷度(例如取低速和高速的临界速度对应的停止捷度),缩短机器人低速运行过程中突然停止所需行程,采用高速和低速的临界速度求取对应的捷度值,保证低速时的停止行程尽量小,更符合用户需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明提供的机器人控制方法的一实施例的方法示意图;
图2是本发明提供的机器人控制方法的另一实施例的方法示意图;
图3是根据本发明的机器人加减速规划曲线;
图4是本发明提供的机器人控制方法的一具体实施例的方法示意图;
图5是本发明提供的机器人控制装置的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例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做出创造性劳动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,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在一般S型加减速方式运动控制中,最大捷度与最大加速度存在恒定倍数关系,假设该倍数为k。此处以三次多项式加减速为例,在高速运行过程中突然停止时,捷度会产生突变,而捷度突变就是产生抖动的原因,且捷度突变的差值越大,抖动越严重。所以在高速运行过程中突然停止时,尽可能的让捷度差(停止时在加减速段和减减速段中捷度的差值,其中加减速段停止捷度取负值,减减速段停止捷度取正值)减小,可以有效减弱停止时产生的抖动,由于对称性,上述捷度差其实相当于捷度的2倍,因此,在高速运行过程中突然停止时,捷度越小,抖动就越弱,对机器人的损害就越小。但另一方面,用户又希望下达停止指令时,机器人能够迅速停止,即停止过程的行程较小。而捷度太小,必然又导致行程过大。所以在机器人运行过程中突然停止需要取到合适的捷度值。
本发明提供一种机器人控制方法。该方法可以S型加减速控制中,例如用于三次多项式、五次多项式、SIN、SIN平方等S型加减速运动控制中。
图1是本发明提供的机器人控制方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示,根据本发明的一个实施例,所述控制方法至少包括步骤S110和步骤S120。
步骤S110,当接收到停止指令时,判断定所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度。
所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度。将机器人的停止速度划分为两个速度区间,所述预设速度即两个速度区间的临界速度。例如将机器人的停止速度划分为高速区和低速区,停止速度Vs高于V0的速度即为高速区,停止速度低于V0的速度即为低速区。优选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
步骤S120,若判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度。
所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速。具体地,根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程。其中,所述最大停止捷度为预先测出的所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生明显抖动的最大捷度。预先测出同一型号机器人以最高速Vmax(后称其为最大停止速度)运行过程中突然停止时最大停止捷度Jmax,该最大停止捷度Jmax需要满足机器人在最高速运行停止过程中,机器人不会产生明显抖动。
在高速区,包含最高速Vmax,其停止时的捷度也对应最大,即最大停止捷度Jmax。但由于机器人在大多数情况不是在最高速运行,所以此时取得的捷度值允许其存在微弱抖动。取最高速运行停止时的停止行程ΔS作为高速区的停止行程。
在一种具体实施方式中,停止速度为最高速Vmax时,根据最高速Vmax和最大停止捷度Jmax,可求得在最高速运行停止时的停止行程ΔS为:
根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述停止速度、所述最高速Vmax和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度Jmax,确定所述机器人停止时的停止捷度。根据如下公式(2)计算可得机器人停止时的停止捷度J:
根据不同的停止速度Vs和最大停止捷度Jmax,求得对应的停止捷度J,其理应比Jmax小,且随速度Vs的降低而降低,也意味着随速度的减小,其微弱抖动也越来越弱,或者根本无抖动。
根据本发明的上述实施例,在停止速度大于预设速度的高速情况下,根据不同的停止速度取不同的捷度值,使机器人在相同的行程内停下,减弱机器人高速运行过程中突然停止时的剧烈抖动,有助于减弱对机器人的损害。
图2是本发明提供的机器人控制方法的另一实施例的方法示意图。
如图2所示,根据本发明的一个实施例,所述控制方法还包括步骤S130。
步骤S130,若判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度值确定所述机器人停止时的停止捷度。
在低速区,为了避免其停止行程太大,捷度不能取得太小,可取停止速度为临界速度(预设速度)V0时对应的捷度。即,根据所述预设速度V0、所述最高速Vmax和所述机器人在所述最高速Vmax运行停止时的最大停止捷度Jmax,确定所述机器人停止时的停止捷度J。
根据如下公式(3)计算可得机器人停止时的停止捷度J:
根据本发明上述实施例,在停止速度小于等于临界速度的低速情况下,采用高速和低速的临界速度(预设速度)求取对应的捷度值,保证低速时的停止行程尽量小,更符合用户需求。
优选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。根据实验验证,当临近速度(预设速度)Vo取最高速的一半时,既能够满足高速区的捷度不会导致机器人严重抖动,同时也能满足在低速情况下停止行程较小,效果达到最优。
据此,不同型号的机器人只需要测出以最高速运行过程中突然停止时的最大无明显抖动的捷度Jmax,然后根据停止速度确定对应捷度值,就可有效避免低速区的停止行程较长或高速区可能存在的严重抖动。
图3是根据本发明的机器人加减速规划曲线。如图3所示,实线曲线表示无停止指令时的完整曲线,虚线为假设停止时的曲线,V0表示区分高速与低速的临界速度;假设t1,t2,t3分别表示用户下达停止指令的时间;S1,S2,S3分别表示在t1,t2,t3时刻停止时的行程,其中,在高速区取最高速运行停止时的停止行程,因此S2=S3;V1,V2,V3分别表示在t1,t2,t3时刻停止时的速度;a1,a2,a3分别表示在t1,t2,t3时刻停止时的加速度;j1,j2,j3分别表示在t1,t2,t3时刻停止时的捷度,其中,在低速区取停止速度为临界速度(预设速度)V0时对应的捷度,因此j1=j2。
为清楚说明本发明技术方案,下面再以一个具体实施例对本发明提供的机器人控制方法的执行流程进行描述。
图4是本发明提供的机器人控制方法的一具体实施例的方法示意图。如图4所示,
1)测出同一型号机器人在所能达到的最高速Vmax(后称其为最大停止速度)运行过程中突然停止时一个较高的捷度值Jmax(后称其为最大停止捷度),捷度值Jmax需要满足在最高速运行停止过程中,机器人不会产生明显抖动。
2)取机器人高低速的临界速度Vo,速度Vs大于Vo的速度称为高速区,小于等于Vo的速度称为低速区。临界速度可以取为最高速的一半。
图5是本发明提供的机器人控制装置的一实施例的结构框图。如图5所示,所述机器人控制装置100包括判断单元110和处理单元120。
判断单元110用于当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度。
所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度。将机器人的停止速度划分为两个速度区间,所述预设速度即两个速度区间的临界速度。例如将机器人的停止速度划分为高速区和低速区,停止速度Vs高于V0的速度即为高速区,停止速度低于V0的速度即为低速区。优选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
处理单元120用于若所述判断单元判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度。
所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速。具体地,处理单元120根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程。其中,所述最大停止捷度为预先测出的所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生明显抖动的最大捷度。预先测出同一型号机器人以最高速Vmax(后称其为最大停止速度)运行过程中突然停止时最大停止捷度Jmax,该最大停止捷度Jmax需要满足机器人在最高速运行停止过程中,机器人不会产生明显抖动。
在高速区,包含最高速Vmax,其停止时的捷度也对应最大,即最大停止捷度Jmax。但由于机器人在大多数情况不是在最高速运行,所以此时取得的捷度值允许其存在微弱抖动。取最高速运行停止时的停止行程ΔS作为高速区的停止行程。
在一种具体实施方式中,停止速度为最高速Vmax时,处理单元120根据最高速Vmax和最大停止捷度Jmax,可求得在最高速运行停止时的停止行程ΔS为:
处理单元120根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:根据所述停止速度、所述最高速Vmax和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度Jmax,确定所述机器人停止时的停止捷度。根据如下公式(2)计算可得机器人停止时的停止捷度J:
根据不同的停止速度Vs和最大停止捷度Jmax,求得对应的停止捷度J,其理应比Jmax小,且随速度Vs的降低而降低,也意味着随速度的减小,其微弱抖动也越来越弱,或者根本无抖动。
根据本发明的上述实施例,在停止速度大于预设速度的高速情况下,根据不同的停止速度取不同的捷度值,使机器人在相同的行程内停下,减弱机器人高速运行过程中突然停止时的剧烈抖动,有助于减弱对机器人的损害。
可选地,所述处理单元120还用于:若所述判断单元110判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度确定所述机器人停止时的停止捷度。
在低速区,为了避免其停止行程太大,捷度不能取得太小,可取停止速度为临界速度(预设速度)V0时对应的捷度。即,根据所述预设速度V0、所述最高速Vmax和所述机器人在所述最高速Vmax运行停止时的最大停止捷度Jmax,确定所述机器人停止时的停止捷度J。
处理单元120可根据如下公式(3)计算可得机器人停止时的停止捷度J:
根据本发明上述实施例,在停止速度小于等于临界速度的低速情况下,采用高速和低速的临界速度(预设速度)求取对应的捷度值,保证低速时的停止行程尽量小,更符合用户需求。
优选地,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。根据实验验证,当临近速度(预设速度)Vo取最高速的一半时,既能够满足高速区的捷度不会导致机器人严重抖动,同时也能满足在低速情况下停止行程较小,效果达到最优。
据此,不同型号的机器人只需要测出以最高速运行过程中突然停止时的最大无明显抖动的捷度Jmax,然后根据停止速度确定对应捷度值,就可有效避免低速区的停止行程较长或高速区可能存在的严重抖动。
本发明还提供对应于所述机器人控制方法的一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述机器人控制方法的一种机器人,包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述机器人控制装置的一种机器人,包括前述任一所述的机器人控制装置。
据此,本发明提供的方案,将停止时速度分为两类,即大于临界速度(预设速度)的高速和小于等于临界速度的低速,在高速情况下,根据不同的停止速度取不同的捷度值,使机器人在相同的行程内停下,减弱机器人高速运行过程中突然停止时的剧烈抖动,有助于减弱对机器人的损害;在低速情况下,取一个较大捷度,缩短机器人低速运行过程中突然停止所需行程,采用高速和低速的临界速度求取对应的捷度值,保证低速时的停止行程尽量小,更符合用户需求。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施,那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说,归因于软件的性质,上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外,各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以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取存储介质中。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全部或部分可以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(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人控制方法,其特征在于,包括:
当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度;
若判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度;所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速;
根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:
根据所述停止速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度;
其中,所述最大停止捷度为所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生抖动的最大捷度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程,包括:
根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,还包括:若判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:
根据所述预设速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度。
5.一种机器人控制装置,其特征在于,包括:
判断单元,用于当接收到停止指令时,判断所述机器人的停止速度是否大于预设速度;所述停止速度为接收到所述停止指令时的运行速度;
处理单元,用于若所述判断单元判断所述机器人的停止速度大于所述预设速度,则获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程确定为当前停止行程,并根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度;所述最高速为所述机器人正常运行时所能达到的最高速;
所述处理单元,根据所述机器人的停止速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:
根据所述停止速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度;
其中,所述最大停止捷度为所述机器人在所述最高速运行停止过程中,不会产生抖动的最大捷度。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述预设速度等于所述机器人正常运行时所能达到的最高速的一半。
7.根据权利要求5或6所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,获取所述机器人在最高速运行停止时的停止行程,包括:
根据所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,计算所述机器人在最高速运行停止时的停止行程。
8.根据权利要求5或6所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,还用于:若所述判断单元判断所述机器人的停止速度小于等于所述预设速度,则根据所述预设速度确定所述机器人停止时的停止捷度,包括:
根据所述预设速度、所述最高速和所述机器人在所述最高速运行停止时的最大停止捷度,确定所述机器人停止时的停止捷度。
9.一种存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
10.一种机器人,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤,包括如权利要求5-8任一所述的机器人控制装置。
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