CN112263811B - 用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人 - Google Patents

用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人 Download PDF

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Abstract

本申请涉及康复机器人技术领域，公开一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法。该用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：计算特定作用力对机械臂的旋转中心的特定力矩，再计算目标作用力对机械臂的旋转中心的目标力矩，最后调节机械臂的旋转中心的输出力矩，将特定力矩补偿至目标力矩。该用于补偿机械臂的特定作用力的方法应用于辅助康复训练的器械时，可将器械受的重力补偿至零，患者无需负担器械所受重力，即可完成康复训练。本申请还公开一种用于补偿机械臂的特定作用力的装置和康复机器人。

Description

用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人
技术领域
本申请涉及康复机器人技术领域，例如涉及一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人。
背景技术
目前，患者关节受损后，往往需要进行康复训练，以恢复或改善关节机能。康复训练包括患者主动完成一系列训练动作，患者在康复治疗师的协助下完成一系列训练动作，或者，患者在辅助器械的协助下完成一系列的训练动作，例如，患者在太极推盘的辅助下完成腕关节的康复训练。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
出于刚度要求，一些用于辅助康复训练的器械往往由金属制成，并不适合关节受损严重的患者进行康复训练。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供了一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人，以解决辅助康复训练的器械不适合关节受损严重的患者进行康复训练的技术问题。
在一些实施例中，用于机械臂的特定作用力的方法包括：确定特定作用力；获得机械臂质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的第一角度；获得机械臂的质心与旋转中心的连线与第二预设方向的第二角度；根据所述第一角度、所述特定作用力和第一距离计算特定力矩；根据所述第二角度、所述目标作用力和所述第一距离计算目标力矩；计算所述目标力矩与所述特定力矩的力矩差值，根据所述力矩差值调节所述旋转中心的输出力矩，以平衡所述力矩差值；其中，所述第一预设方向为所述特定作用力的方向，所述第一预设方向的始点为所述机械臂的旋转中心，所述第一角度的起始边界为所述第一预设方向，所述第一角度的终点边界为所述机械臂质心与所述旋转中心的连线，所述第二预设方向为目标作用力的方向，所述第二预设方向的始点为所述机械臂的旋转中心，所述第二角度的起始边界为所述第二预设方向，所述第二角度的终点边界为所述机械臂质心与所述旋转中心的连线，所述第一距离为机械臂质心与旋转中心的距离。
可选地，根据所述力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：将所述旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值；获得机械臂质心与所述旋转中心的连线与所述第一预设方向的第三角度；计算所述第三角度与所述第一角度的角度差值；在所述角度差值大于或等于设定角度范围的情况下，重新确定所述特定作用力，计算力矩差值，并将所述旋转中心的输出力矩调节至重新计算的力矩差值。
可选地，重新确定所述特定作用力，包括：在cosθ3<cosθ1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力；在cosθ3>cosθ1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力；其中，θ1为第一角度，θ3为第三角度。
可选地，所述目标作用力为零。
在一些实施例中，用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：确定特定作用力；获得机械臂质心在第一坐标系的第一坐标；获得机械臂质心在第二坐标系的第二坐标；计算所述第一坐标的横坐标与所述特定作用力的乘积，获得特定力矩；计算所述第二坐标的横坐标与所述目标作用力的乘积，获得目标力矩；计算所述目标力矩与所述特定力矩的力矩差值，根据所述力矩差值调节机械臂的旋转中心的输出力矩，以平衡所述力矩差值；其中，所述第一坐标系的原点为所述机械臂的旋转中心，所述第一坐标系纵轴的正方向与所述特定作用力的方向相反，所述第二坐标系的原点为所述机械臂的旋转中心，所述第二坐标系纵轴的正方向与目标作用力的方向相反。
可选地，根据所述力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：将所述旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值；获得机械臂质心在所述第一坐标系中的第三坐标；计算所述第三坐标和所述第一坐标的坐标差值；在所述坐标差值大于或等于设定差值范围的情况下，重新确定所述特定作用力，计算力矩差值，并将所述旋转中心的输出力矩调节重新计算的力矩差值。
可选地，重新确定所述特定作用力，包括：在y3>y1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力；在y3<y1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力；其中，y1为第一坐标的纵坐标，y3为第三坐标的纵坐标。
可选地，所述目标作用力为零。
在一些实施例中，用于补偿机械臂的特定作用力的装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的方法。
在一些实施例中，康复机器人包括前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的装置。
本公开实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的方法、装置和康复机器人，可以实现以下技术效果：
对机械臂的旋转中心的输出扭矩进行控制，以补偿特定作用力，例如将机械臂受的重力补偿至零，腕关节受损严重的患者在转动机械臂以对腕关节进行康复训练时，无需负担机械臂受到的重力，即可轻松转动机械臂，实现对腕关节的康复训练。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件视为类似的元件，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一种康复机器人的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图；
图3是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图；
图4是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图；
图5是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图；
图6是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的装置的示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例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，以便这里描述的本公开实施例的实施例。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。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
图1是本公开实施例提供的一种康复机器人的结构示意图。结合图1所示，机械臂10可围绕一旋转中心20转动，机械臂10上存在负载30。
机械臂10为抽象意义的机械臂，在实际应用中，机械臂10为图1中所示的杆状结构，或者，机械臂是半圆结构，半圆结构的圆心设置在旋转中心处。
电机的扭矩可直接或间接传输至机械臂10，例如，以电机主轴直接作为旋转中心20，机械臂10与电机转轴固定连接，电机即可直接驱动机械臂10转动；或者，以可转动轴为旋转中心20，可转动轴的一端与机械臂10固定连接，可转动轴的另一端通过齿轮、链条等传动结构与电机轴连接，电机轴转动时，驱动可转动轴转动，实现间接驱动机械臂10转动。
负载30可设置在机械臂上的任一位置，例如设置在机械臂10的远离旋转中心20的一端，或者，可设置在机械臂10的中部(图中未示出)。
图2是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图。结合图2所示，用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：
S201、确定特定作用力。
其中，特定作用力可以是重力；对于以特定加速度(非重力加速度)运行的物体，特定作用力还可以是使物体具有特定加速度的力与重力的合力。
特定作用力包括机械臂本体受的特定作用力和机械臂负载受的特定作用力。
在机械臂本体受的特定作用力远远小于机械臂负载受的特定作用力的情况下，特定作用力包括机械臂负载受的特定作用力。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，特定作用力包括机械臂本体受的特定作用力。
特定作用力可以是预先设定的，还可以是预先计算的。
S202、获得机械臂质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的第一角度。
其中，第一预设方向为特定作用力的方向，第一预设方向的始点为机械臂的旋转中心，第一角度的起始边界为第一预设方向，第一角度的终点边界为机械臂质心与旋转中心的连线。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，获得第一角度包括：获得机械臂负载质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的角度，获得机械臂本体质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的角度。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，机械臂质心包括机械臂负载质心。获得第一角度包括：获得机械臂负载质心与旋转中心的连线与第一预设方向的角度。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，机械臂质心包括机械臂本体质心。获得第一角度包括：获得机械臂本体质心与旋转中心的连线与第一预设方向的角度。
在一些应用场景中，图1中所示的负载为腕关节辅助康复训练器械的手柄，患者在使用该辅助康复训练器械时，握住手柄并摇动。在患者使用该腕关节辅助康复训练器械的过程中，手柄、机械臂和质心三者构成的直线(前述机械臂质心与机械臂的旋转中心的连线)与机械臂和手柄的重力方向(前述第一预设方向)的第一夹角实时变动，第一夹角每变动一次，辅助康复训练器械执行一次该用于补偿机械臂的特定作用力的方法，以将机械臂和/或手柄所受重力补偿至零。
S203、获得机械臂的质心与旋转中心的连线与第二预设方向的第二角度。
其中，第二预设方向为目标作用力的方向，第二预设方向的始点为机械臂的旋转中心，第二角度的起始边界为第二预设方向，第二角度的终点边界为机械臂质心与旋转中心的连线。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，获得第二角度包括：获得机械臂负载质心与机械臂的旋转中心的连线与第二预设方向的角度，获得机械臂本体质心与机械臂的旋转中心的连线与第二预设方向的角度。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，机械臂质心包括机械臂负载质心，获得第二角度包括：获得机械臂负载质心与旋转中心的连线与第二预设方向的角度。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，机械臂质心包括机械臂本体质心，获得第二角度包括：获得机械臂本体质心与旋转中心的连线与第二预设方向的角度。
目标作用力指的是补偿特定作用力后的机械臂的受力。
可选地，目标作用力为零。在目标作用力为零的情况下，机械臂表现出不受特定作用力影响的特性，例如，特定作用力为重力，目标作用力为零，此时机械臂表现出不受重力影响的特性。
在一些应用场景中，该补偿机械臂的特定作用力的方法应用于辅助康复训练器械，且目标作用力为零，此时辅助康复训练器械表现出不受重力影响的特性，患者无需负担辅助康复器械的重力，即可在辅助康复训练器械辅助下完成特定动作，实现对相关关节的康复训练，例在患者太极推盘的辅助下完成对腕关节的康复训练。
在一些应用场景中，该用于补偿机械臂的特定作用力的方法应用于关节机器人。工业中的关节机器人完成特定动作，以实现特定功能，例如搬运机器人、焊接机器人、切割机器人等。在特定作用力为重力，目标作用力为零的情况下，工业中的关节机器人表现出不受重力影响的特性，在设计关节机器人的特定动作的控制算法时，可以不考虑重力对关节机器人的特定动作的影响，降低了工业中的关节机器人的控制难度。
在一些应用场景中，该用于补偿机械臂的特定作用力的方法应用于仿人机器人。在控制仿人机器人的髋关节时，大腿抽象为机械臂本体，小腿、脚掌等抽象为机械臂负载，特定作用力为重力，目标作用力为零，在大腿做抬腿动作的过程中，大腿表现出不受重力影响的特性，降低了设计控制髋关节运动的控制算法的难度。该用于补偿机械臂的特定作用力的方法还可应用与仿人机器人的膝关节、肘关节、肩关节等的运动控制过程中。
可选地，目标作用力与特定作用力的方向相反。
可选地，目标作用力与特定作用的方向相同。
可选地，目标作用力与特定作用力存在角度，角度在0°～180°之间。
S204、根据第一角度、特定作用力和第一距离计算特定力矩。
其中，第一距离为机械臂的质心与旋转中心的距离。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，计算机械臂负载受到的特定作用力对旋转中心的一个特定力矩，计算机械臂本体受的特定作用力对旋转中心的另一个特定力矩，计算两个力矩之和，获得上述步骤中的特定力矩。
在机械臂负载受到的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，计算特定力矩包括：计算机械臂负载受的特定作用力对旋转中心的特定力矩。
在机械臂本体受到的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，计算特定力矩包括：计算机械臂本体受的特定作用力对旋转中心的特定力矩。
S205、根据第二角度、目标作用力和第一距离计算目标力矩。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，计算机械臂负载受的目标作用力对旋转中心的一个目标力矩，计算机械臂本体受的目标作用力对旋转中心的另一个目标力矩，计算两个目标力矩之和，获得上述步骤中的目标力矩。
在机械臂负载受的目标作用力远远大于机械臂本体受的目标作用力的情况下，计算目标力矩包括：计算机械臂负载受的目标作用力对旋转中心的目标力矩。
在机械臂本体受的目标作用力矩远远大于机械臂负载受的目标力矩的情况下，计算目标力矩包括：计算机械臂本体受的目标作用力对旋转中心的目标力矩。
S206、计算目标力矩与特定力矩的力矩差值，根据力矩差值调节旋转中心的输出力矩，以平衡力矩差值。
其中，平衡力矩差值指的是旋转中心的输出力矩与特定力矩之和为目标力矩。
对机械臂的旋转中心的输出扭矩进行控制，以补偿特定作用力，例如将机械臂受的重力补偿至零，腕关节受损严重的患者在转动机械臂以对腕关节进行康复训练时，无需负担机械臂受到的重力，即可轻松转动机械臂，实现对腕关节的康复训练。
在S201中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力相等的情况下，例如上述特定作用力等于机械臂质心所受重力，可获得准确的输出力矩，准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。在S201中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力不相等的情况下，例如上述特定作用力大于或小于机械臂质心所受重力，则无法准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。
可选地，根据力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：将旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值，获得机械臂质心与旋转中心的连线与第一预设方向的第三角度，计算第三角度与第一角度的角度差值，在角度差值大于或等于设定角度范围的情况下，重新确定特定作用力，计算力矩差值，并将旋转中心的输出力矩调节至重新计算的力矩差值，在角度差值小于设定角度范围的情况下，结束流程。在S201中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力不相等的情况下，例如特定作用力大于或小于机械臂质心所受重力，通过上述方式重新确定特定作用力，可获得更加接近机械臂质心所受实际作用力的特定作用力，从而更加准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。具体地，结合图3所示，用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：
S301、读取预设的特定作用力。
S302、获得机械臂质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的第一角度。
S303、获得机械臂的质心与旋转中心的连线与第二预设方向的第二角度。
S304、根据第一角度、特定作用力和第一距离计算特定力矩。
S305、根据第二角度、目标作用力和第一距离计算目标力矩。
S306、计算目标力矩与特定力矩的当前力矩差值。
S307、将旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值。
S308、获得机械臂质心与旋转中心的连线与第一预设方向的第三角度。
S309、计算第三角度与第一角度的角度差值。
S310、判断角度差值是否大于或等于设定角度范围。
S311、在角度差值大于或等于设定角度范围的情况下，重新确定特定作用力。
在cosθ3<cosθ1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力；在cosθ3>cosθ1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力；其中，θ1为第一角度，θ3为第三角度。
S312、根据第三角度、特定作用力和第一距离计算特定力矩，并执行S306。
在角度差值小于设定角度范围的情况下，结束流程。
通过上述步骤中可进一步地确定特定作用力，从而获得更加准确的特定作用力，进而可更加准确地补偿特定作用力。
图4是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法的示意图。结合图4所示，用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：
S401、确定特定作用力。
S402、获得机械臂质心在第一坐标系的第一坐标。
其中，第一坐标系的原点为机械臂的旋转中心，第一坐标系纵轴的正方向与特定作用力的方向相反。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，获得机械臂质心的第一坐标，包括：获得机械臂负载质心在第一坐标系的坐标，获得机械臂本体质心在第一坐标系的坐标。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，获得机械臂质心的第一坐标，包括：获得机械臂本体质心在第一坐标系的坐标。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，获得机械臂质心的第一坐标，包括：获得机械臂负载质心在第一坐标系的坐标。
在一些应用场景中，图1中所示的负载为腕关节辅助康复训练器械的手柄，患者在使用该辅助康复训练器械时，握住手柄并摇动。在患者使用该腕关节辅助康复训练器械的过程中，机械臂质心在第一坐标系的第一坐标实时变动，第一坐标每变动一次，辅助康复训练器械执行一次该用于补偿机械臂的特定作用力的方法，以将机械臂和/或手柄所受重力补偿至零。
S403、获得机械臂质心在第二坐标系的第二坐标。
其中，第二坐标系的原点为机械臂的旋转中心，第二坐标系纵轴的正方向与目标作用力的方向相反。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，获得机械臂质心的第二坐标，包括：获得机械臂负载质心在第二坐标系的坐标，获得机械臂本体质心在第二坐标系的坐标。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，获得机械臂质心的第二坐标，包括：获得机械臂本体质心在第二坐标系的坐标。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，获得机械臂质心的第二坐标，包括：获得机械臂负载质心在第二坐标系的坐标。
S404、计算第一坐标的横坐标与特定作用力的乘积，获得特定力矩。
在机械臂的质心包括机械臂负载质心和机械臂本体质心的情况下，获得特定力矩，包括：计算机械臂负载质心在第一坐标系的横坐标与特定力矩的乘积，记为第一乘积，计算机械臂本体质心在第一坐标系的横坐标与特定力矩的乘积，记为第二乘积，计算第一乘积和第二乘积之和，获得特定力矩。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，获得特定力矩，包括：计算机械臂本体质心在第一坐标系的横坐标与特定作用力的乘积，获得特定力矩。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，获得特定力矩，包括：计算机械臂负载质心在第一坐标系的横坐标与特定作用力的乘积，获得特定力矩。
S405、计算第二坐标的横坐标与目标作用力的乘积，获得目标力矩。
在机械臂质心包括机械臂本体质心和机械臂负载质心的情况下，获得目标力矩，包括：计算机械臂本体质心在第二坐标系的横坐标与目标作用力的乘积，记为第三乘积，计算机械臂负载质心在第二坐标系的横坐标与目标作用力的乘积，记为第四乘积，计算第三乘积和第四乘积之和，获得目标力矩。
在机械臂本体受的特定作用力远远大于机械臂负载受的特定作用力的情况下，获得目标力矩，包括：计算机械臂本体质心在第二坐标系的横坐标与目标作用力的乘积，获得目标力矩。
在机械臂负载受的特定作用力远远大于机械臂本体受的特定作用力的情况下，获得目标力矩，包括：计算机械臂负载质心在第二坐标系的横坐标与目标作用力的乘积，获得目标力矩。
S406、计算目标力矩与特定力矩的力矩差值，根据力矩差值调节机械臂的旋转中心的输出力矩，以平衡力矩差值。
其中，平衡力矩差值指的是旋转中心的输出力矩与特定力矩之和为目标力矩。
对机械臂的旋转中心的输出扭矩进行控制，以补偿特定作用力，例如将机械臂受的重力补偿至零，腕关节受损严重的患者在转动机械臂以对腕关节进行康复训练时，无需负担机械臂受到的重力，即可轻松转动机械臂，实现对腕关节的康复训练。
在S401中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力相等的情况下，例如上述特定作用力等于机械臂质心所受重力，可获得准确的输出力矩，准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。在S401中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力不相等的情况下，例如上述特定作用力大于或小于机械臂质心所受重力，则无法准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。
可选地，根据力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：将旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值，获得机械臂质心在第一坐标系中的第三坐标；计算第三坐标和第一坐标的坐标差值，在坐标差值大于或等于设定差值范围的情况下，重新确定特定作用力，计算力矩差值，并将旋转中心的输出力矩调节重新计算的力矩差值，在坐标差值小于设定差值范围的情况下，结束流程。在S401中确定的特定作用力与机械臂质心所受实际作用力不相等的情况下，例如特定作用力大于或小于机械臂质心所受重力，通过上述方式重新确定特定作用力，可获得更加接近机械臂质心所受实际作用力的特定作用力，从而更加准确地对机械臂质心所受实际作用力进行补偿。具体地，结合图5所示，用于补偿机械臂的特定作用力的方法包括：
S501、确定特定作用力。
S502、获得机械臂质心在第一坐标系的第一坐标。
S503、获得机械臂质心在第二坐标系的第二坐标。
S504、计算第一坐标的横坐标与特定作用力的乘积，获得特定力矩。
S505、计算第二坐标的横坐标与目标作用力的乘积，获得目标力矩。
S506、计算目标力矩与特定力矩的当前力矩差值。
S507、将旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值。
S508、获得机械臂质心在第一坐标系中的第三坐标。
S509、计算第三坐标和第一坐标的坐标差值。
计算第三坐标的横坐标与第一坐标的横坐标的差值。
S510、判断坐标差值是否大于设定差值范围。
S511、在坐标差值大于或等于设定差值范围的情况下，重新确定特定作用力。
在y3>y1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力，在y3<y1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力，其中，y1为第一坐标的纵坐标，y3为第三坐标的纵坐标。
S512、计算第一坐标的横坐标与特定作用力的乘积，获得特定力矩，并执行S506。
在角度差值小于设定角度差值范围的情况下，结束流程。
通过上述步骤可进一步地确定特定作用力，从而获得更加准确的特定作用力，进而可更加准确地补偿特定作用力。
图6是本公开实施例提供的一种用于补偿机械臂的特定作用力的装置的示意图。结合图6所示，用于补偿机械臂的特定作用力的装置包括：
处理器(processor)61和存储器(memory)62，还可以包括通信接口(Communication Interface)63和总线64。其中，处理器61、通信接口63、存储器62可以通过总线64完成相互间的通信。通信接口63可以用于信息传输。处理器61可以调用存储器62中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的方法。
此外，上述的存储器62中的逻辑指令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取存储介质中。
存储器62作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器62可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
本公开实施例提供了一种康复机器人，包含前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的装置。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的方法。
本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行前述实施例提供的用于补偿机械臂的特定作用力的方法。
上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
本公开实施例的技术方案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，包括一个或一个以上指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机读取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以仅仅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。另外，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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。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，作为单元显示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网络单元上。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。另外，在本公开实施例中的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。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或一个以上用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (8)

1.一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法，其特征在于，包括：
确定特定作用力；所述特定作用力为预先设定的或预先计算的；
获得机械臂质心与机械臂的旋转中心的连线与第一预设方向的第一角度；其中，所述第一预设方向为所述特定作用力的方向，所述第一预设方向的始点为所述机械臂的旋转中心，所述第一角度的起始边界为所述第一预设方向，所述第一角度的终点边界为所述机械臂质心与所述旋转中心的连线；
获得机械臂的质心与旋转中心的连线与第二预设方向的第二角度；其中，所述第二预设方向为目标作用力的方向，所述第二预设方向的始点为所述机械臂的旋转中心，所述第二角度的起始边界为所述第二预设方向，所述第二角度的终点边界为所述机械臂质心与所述旋转中心的连线；
根据所述第一角度、所述特定作用力和第一距离计算特定力矩；其中，所述第一距离为机械臂质心与旋转中心的距离；
根据所述第二角度、所述目标作用力和所述第一距离计算目标力矩；
计算所述目标力矩与所述特定力矩的力矩差值，根据所述力矩差值调节所述旋转中心的输出力矩，以平衡所述力矩差值；
所述根据所述力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：
将所述旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值；
获得机械臂质心与所述旋转中心的连线与所述第一预设方向的第三角度；
计算所述第三角度与所述第一角度的角度差值；
在所述角度差值大于或等于设定角度范围的情况下，重新确定所述特定作用力，计算力矩差值，并将所述旋转中心的输出力矩调节至重新计算的力矩差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重新确定所述特定作用力，包括：
在cosθ3<cosθ1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力；
在cosθ3>cosθ1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力；
其中，θ1为第一角度，θ3为第三角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目标作用力为零。
4.一种用于补偿机械臂的特定作用力的方法，其特征在于，包括：
确定特定作用力；
获得机械臂质心在第一坐标系的第一坐标；其中，所述第一坐标系的原点为所述机械臂的旋转中心，所述第一坐标系纵轴的正方向与所述特定作用力的方向相反；
获得机械臂质心在第二坐标系的第二坐标；其中，所述第二坐标系的原点为所述机械臂的旋转中心，所述第二坐标系纵轴的正方向与目标作用力的方向相反；
计算所述第一坐标的横坐标与所述特定作用力的乘积，获得特定力矩；
计算所述第二坐标的横坐标与所述目标作用力的乘积，获得目标力矩；
计算所述目标力矩与所述特定力矩的力矩差值，根据所述力矩差值调节机械臂的旋转中心的输出力矩，以平衡所述力矩差值；
所述根据所述力矩差值调节旋转中心的输出力矩，包括：
将所述旋转中心的输出力矩调节至当前力矩差值；
获得机械臂质心在所述第一坐标系中的第三坐标；
计算所述第三坐标和所述第一坐标的坐标差值；
在所述坐标差值大于或等于设定差值范围的情况下，重新确定所述特定作用力，计算力矩差值，并将所述旋转中心的输出力矩调节重新计算的力矩差值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，重新确定所述特定作用力，包括：
在y3>y1的情况下，减小特定作用力的值，以重新确定特定作用力；
在y3<y1的情况下，增加特定作用力的值，以重新确定特定作用力；
其中，y1为第一坐标的纵坐标，y3为第三坐标的纵坐标。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述目标作用力为零。
7.一种用于补偿机械臂的特定作用力的装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至6任一项所述的用于补偿机械臂的特定作用力的方法。
8.一种康复机器人，其特征在于，包括如权利要求7所述的用于补偿机械臂的特定作用力的装置。
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