CN112720476A - 机械臂控制方法、装置、介质及电子设备 - Google Patents

机械臂控制方法、装置、介质及电子设备 Download PDF

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CN112720476A
CN112720476A CN202011529968.5A CN202011529968A CN112720476A CN 112720476 A CN112720476 A CN 112720476A CN 202011529968 A CN202011529968 A CN 202011529968A CN 112720476 A CN112720476 A CN 112720476A
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CN202011529968.5A
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卢佳豪
赵永强
史洪伟
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Beijing Tinavi Medical Technology Co Ltd
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Tinavi Medical Technologies Co Ltd
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Abstract

本公开涉及一种机械臂控制方法、装置、介质及电子设备，包括：通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息；根据机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；将第一外力信息和第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息；将目标外力信息转换机械臂末端的笛卡尔位姿，并将笛卡尔位姿映射至机械臂各轴，以控制机械臂运动。这样，能够结合六维力传感器的采集数据和机械臂各轴的力矩传感器的采集数据来对最终确定得到的外力信息进行补偿，从而能同时提升机械臂运动的柔顺性、刚性、精确性和稳定性。

Description

机械臂控制方法、装置、介质及电子设备
技术领域
本公开涉及机械臂控制领域，具体地，涉及一种机械臂控制方法、装置、介质及电子设备。
背景技术
目前，随着机械臂的大量普及，尤其是协作型机械臂的普及，操作者对于机械臂操作体验的需求逐渐增大，为了方便机械臂的操作、示教等功能，机械臂手动拖拽成为了协作型机械臂的重要功能。
机械臂中用于实现操作者手动拖拽功能的常见解决方案是通过安装在机械臂末端的六维力传感器，但由于其安装在末端，与施力点之间存在一定的距离间隔，所以单纯使用六维力传感器进行机械臂的拖动存在控制带宽低，且在刚性较大的环境下存在稳定性差的问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种机械臂控制方法、装置、介质及电子设备，不仅能够通过安装于机械臂末端的六维力传感器的采集数据来控制机械臂，而且还能够结合各轴的力矩传感器的采集数据来对根据六维力传感器的采集数据确定得到的外力信息进行补偿，从而使得最终确定得到的目标外力信息更加精确，也使得根据该目标外力信息控制的机械臂的运动的柔顺性、刚性、精确性和稳定性都得到的一定程度的提升。
为了实现上述目的，本公开提供一种机械臂控制方法，所述方法包括：
通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端；
根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；
将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩；
将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
可选地，所述通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息包括：
获取所述六维力传感器的采集信号转换得到的外力信息作为第三外力信息；
根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息；
将所述第四外力信息确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息。
可选地，所述将所述第四外力确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息包括：
对所述第四外力信息进行低通滤波处理；
将经过所述低通滤波处理的所述第四外力信息确定为所述第一外力信息。
可选地，所述方法还包括：
获取所述六维力传感器在所述机械臂末端处于三个不同位姿时所采集到的信号，计算所述机械臂末端在处于各位姿时分别受到的外力信息作为第五外力信息，并获取所述机械臂末端在处于所述各位姿时分别对应的姿态矩阵；
根据所述机械臂末端在处于所述三个不同位姿时分别对应的所述姿态矩阵和分别受到的所述第五外力信息确定所述负载信息和所述零点偏置信息；
其中，所述机械臂末端处于所述三个不同位姿时，所述机械臂法兰的法线不共面。
可选地，所述负载信息包括负载重力和负载质心位置，所述零点偏置信息包括所述六维力传感器坐标系中X轴、Y轴、Z轴三个方向上力的零点偏置值和力矩的零点偏置值。
可选地，所述根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息通过以下公式进行：
Figure BDA0002851896720000031
其中，(F0x,F0y,F0z)和(0x,T0y,T0z)分别为所述零点偏置信息中所述力的零点偏置值和所述力矩的零点偏置值，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别为所述负载重力在所述六维力传感器坐标系中各方向上的分量和与所述负载的重力矩在各方向上的分量，(Fx,Fy,Fz)和(Tx,Ty,Tz)分别为所述第三外力信息中的力与力矩，(Fex,Fey,Fez)和(Tex,Tey,Tez)分别为所述第四外力信息中的力与力矩；
其中，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别通过以下公式确定：
Figure BDA0002851896720000032
其中，R为所述机械臂处于当前位姿时对应的所述姿态矩阵，G为所述负载重力，U和V分别为所述机械臂的水平和垂直方向的安装倾角，(x,y,z)为所述负载质心位置。
可选地，所述方法还包括：
获取所述机械臂的运动约束条件；
所述将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动包括：
将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并根据所述运动约束条件将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
本公开化提供一种机械臂控制装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端；
第一计算模块，用于根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；
补偿模块，用于将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩；
控制模块，用于将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所述方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现以上所述方法的步骤。
通过上述技术方案，在响应用户施加于机械臂上的力来控制机械臂进行相应的运动时，不仅能够通过安装于机械臂末端的六维力传感器的采集数据来控制机械臂，而且还能够结合各轴的力矩传感器的采集数据来对根据六维力传感器的采集数据确定得到的外力信息进行补偿，从而使得最终确定得到的目标外力信息更加精确，也使得根据该目标外力信息控制的机械臂的运动的柔顺性、刚性、精确性和稳定性都得到的一定程度的提升。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。
图2是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。
图3是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。
图4是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。
图5是根据本公开一示例性实施例示出的一种机械臂控制装置的结构框图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。如图1所示，所述方法包括步骤101至步骤104。
在步骤101中，通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端。
在步骤102中，根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息。
上述外力信息可以是例如根据用户施加于该机械臂上的用于手动拖拽该机械臂的力而产生的。施加力的位置可以为任意位置。由于该机械臂是由各轴的运动共同控制的，因此在任意位置上接收到的力都可以根据该机械臂对应的动力学模型映射至某一固定点上受到的力来进行表示。
上述第一外力信息为直接根据安装于该机械臂末端的六维力传感器的采集信号所确定得到，而该第二外力信息是根据该机械臂中的各轴中的力矩传感器分别采集到的信号间接计算得到的，因此，该第一外力信息和该第二外力信息虽然都能够在一定程度上表征该机械臂末端收到的外力信息，但在精度和稳定性上往往并不相同。
在仅根据基于六维力传感器的采集信号所确定得到的该第一外力信息来控制机械臂时，该机械臂通常具有一定刚性，机械臂的运动精度较高，但在例如拖拽等连续平滑的动作中的柔顺性与稳定性不足。在仅根据基于各轴的力矩传感器采集到的信号间接计算得到的该第二外力信息来控制机械臂时，由于该力传感器是一种柔性机构，因此，虽然机械臂在拖拽等连续平滑的动作中保证一定的柔顺性和稳定性，但动作的刚性和精度不足。
在步骤103中，将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩。
该数据融合的方式可以为多种，例如可以是卡尔曼滤波、互补滤波等。在分别得到该第一外力信息和该第二外力信息之后，通过数据融合的方式对该机械臂末端实际受到的外力信息进行状态估计，从而就能够得到根据该第一外力信息和该第二外力信息相互补偿之后的目标外力信息，使用该目标外力信息对机械臂进行控制，不仅能够保证该机械臂运动的精度和刚性，而且能够保证机械臂运动的柔顺性和稳定性。
上述外力信息中包括的力和力矩的具体数据形式可以为力和力矩分别在该六维力传感器坐标系的X轴、Y轴、Z轴三个方向上的分量。
在步骤104中，将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
将该目标外力信息转换为笛卡尔位姿的方法可以是根据导纳控制原理来实现。导纳控制模型可以如下所示：
Figure BDA0002851896720000071
其中，T″和F″分别表示该目标外力信息中的力和力矩，M,B,K分别表示机械臂的惯性特性、阻尼特性以及刚度特性，
Figure BDA0002851896720000072
x分别表示机械臂末端的笛卡尔加速度、速度以及位移；J表示机械臂的转动惯量，
Figure BDA0002851896720000073
θ分别表示机械臂末端的笛卡尔角加速度、角速度以及角位移；M,B,K,J的参数值可以由该机械臂的操作者来给定，并且可由操作者在运动过程中对参数进行修改，以达到不同的控制效果。
在控制过程中，当前的x,θ可以通过机械臂的运动数据例如运动学矩阵以及当前机械臂的各轴位置直接获取得到，
Figure BDA0002851896720000074
也可以通过机械臂的运动数据例如雅各比矩阵以及机械臂当前各轴的速度直接获取得到，从而
Figure BDA0002851896720000075
便可以通过上述导纳控制模型计算得到，然后再对通过该导纳控制模型计算得到的加速度
Figure BDA0002851896720000076
进行积分，即可得到机械臂末端所应到达的笛卡尔位姿xtarget,θtarget。
在得到该机械臂末端所应达到的该笛卡尔位姿之后，通过例如逆运动学的方法即可将该位姿映射至机械臂各轴，实现根据用户对该机械臂施加的外力来控制该机械臂的运动的效果。
通过上述技术方案，在响应用户施加于机械臂上的力来控制机械臂进行相应的运动时，不仅能够通过安装于机械臂末端的六维力传感器的采集数据来控制机械臂，而且还能够结合各轴的力矩传感器的采集数据来对根据六维力传感器的采集数据确定得到的外力信息进行补偿，从而使得最终确定得到的目标外力信息更加精确，也使得根据该目标外力信息控制的机械臂的运动的柔顺性、刚性、精确性和稳定性都得到的一定程度的提升。
图2是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。如图2所示，所述方法还包括步骤201至步骤204。
在步骤201中，获取所述六维力传感器的采集信号转换得到的外力信息作为第三外力信息。
在步骤202中，根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息。
第三外力信息也即直接根据该六维力传感器采集得到的外力信息，由于六维力传感器通常不具备惯性导航模块，不能自行在任意位姿下实时对该机械臂末端的负载进行补偿，因此在获取到该六维力传感器直接采集到的该第三外力信息之后，根据该机械臂末端当前所处的姿态对该外力信息进行负载补偿。
机械臂的负载信息和六维力传感器的零点偏置信息可以为预先根据该机械臂的末端负载和机械臂的状态计算好之后，保存在机械臂系统中的，在上述步骤202中进行负载补偿时，能够直接对该负载信息、零点偏置信息进行获取。其中，该机械臂的负载信息也即与该机械臂末端的负载相关的数据信息，该零点偏置信息也即该机械臂末端在未受到来自机械臂的操作者的外力、且未受到安装在其上的负载的重力作用的情况下，该六维力传感器也能采集到的力和力矩的零点偏置值。
具体的，所述负载信息可以包括负载重力和负载质心位置，所述零点偏置信息可以包括所述六维力传感器坐标系中X轴、Y轴、Z轴三个方向上力的零点偏置值和力矩的零点偏置值。上述对所述第三外力信息进行补偿的过程可以通过以下公式(1)和公式(2)进行：
Figure BDA0002851896720000091
其中，(F0x,F0y,F0z)和(T0x,T0y,T0z)分别为所述零点偏置信息中所述力的零点偏置值和所述力矩的零点偏置值，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别为所述负载重力在所述六维力传感器坐标系中各方向上的分量和与所述负载对应的力矩在各方向上的分量，(Fx,Fy,Fz)和(Tx,Ty,Tz)分别为所述第三外力信息中的力与力矩，(Fex,Fey,Fez)和(Tex,Tey,Tez)分别为所述第四外力信息中的力与力矩；
其中，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别通过以下公式(3)和公式(4)确定：
Figure BDA0002851896720000092
其中，R为所述机械臂处于当前位姿时对应的所述姿态矩阵，G为所述负载重力，U和V分别为所述机械臂的水平和垂直方向的安装倾角，(x,y,z)为所述负载质心位置。该机械臂的安装倾角可以是具体的角度值，或者，在一种可能的情况下，也可以默认为零。
在一种可能的实施方式中，在确定得到该第四外力信息之后，则可以直接将所述第四外力信息确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息，进而执行如图1中所示的步骤102至步骤104。
或者，在确定得到该第四外力信息之后，如图2所示，还可以继续执行步骤203。
在步骤203中，对所述第四外力信息进行低通滤波处理；
在步骤204中，将经过所述低通滤波处理的所述第四外力信息确定为所述第一外力信息。
通过对该第四外力信息进行低通滤波处理，能够减小该六维力传感器的数据噪声，提高了数据的平滑性，使得最终确定得到的该第一外力信息更加准确，也优化了机械臂在外力作用下的运动表现。低通滤波的过程可以是采用例如低通滤波器来完成。
图3是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。如图3所示，所述方法还包括步骤301和步骤302。
在步骤301中，获取所述六维力传感器在所述机械臂末端处于三个不同位姿时所采集到的信号，计算所述机械臂末端在处于各位姿时分别受到的外力信息作为第五外力信息，并获取所述机械臂末端在处于所述各位姿时分别对应的姿态矩阵。
在步骤302中，根据所述机械臂末端在处于所述三个不同位姿时分别对应的所述姿态矩阵和分别受到的所述第五外力信息确定所述负载信息和所述零点偏置信息。
其中，所述机械臂末端处于所述三个不同位姿时，所述机械臂法兰的法线不共面。这样能够保证确定得到准确的负载信息和零点偏置信息。
上述机械臂末端在处于三个不同位姿是分别对应的姿态矩阵可以分别为R1,R2,R3，在处于各位姿时该六维力传感器分别采集到的第五外力信息可以为(F1,T1)，(F2,T2)，(F3,T3)。
计算上述负载信息和上述零点偏置信息可以通过以下公式(5)至公式(8)来实现。
Figure BDA0002851896720000111
其中，(x,y,z)为负载质心位置，
(T1x，T1y，T1z，T2x，T2y，T2z，T3x，T3y，T3z)为上述三种位姿下采集到的第五外力信息中的力矩在六维力传感器的三轴方向上的分量，
(F1x，F1y，F1z，F2x，F2y，F2z，F3x，F3y，F3z)为上述三种位姿下采集到的第五外力信息中的力在六维力传感器的三轴方向上的分量，(k1,k2,k3)为与该零点偏置信息对应的参数。通过上述公式(5)和公式(6)，即可确定该负载质心位置(x,y,z)和该零点偏置信息对应的参数(k1,k2,k3)。
Figure BDA0002851896720000112
Figure BDA0002851896720000113
其中，I为3×3的单位矩阵，G为所述负载重力，U和V分别为所述机械臂的水平和垂直方向的安装倾角。(F0x,F0y,F0z)和(T0x,T0y,T0z)分别为所述零点偏置信息中所述力的零点偏置值和所述力矩的零点偏置值。通过上述公式(7)能够得到该机械臂基坐标系下的负载重力信息(Lx,Ly,Lz)和力的零点偏置值(F0x,F0y,F0z)，进而即可分别通过公式(8)和公式(6)确定得到负载重力G和力矩的零点偏置值(T0x,T0y,T0z)。
其中，通过上述公式(8)所计算得到的机械臂的水平和垂直方向的安装倾角U和V也可以用于对所述第三外力信息进行负载补偿。
图4是根据本公开又一示例性实施例示出的一种机械臂控制方法的流程图。如图4所示，所述方法还包括步骤401和步骤402。
在步骤401中，获取所述机械臂的运动约束条件。
在步骤402中，将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并根据所述运动约束条件将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
所述运动约束条件可以为例如，不进行旋转运动，也即锁定了机械臂末端的姿态；或不进行旋转以及x轴的平移运动，即可限制机械臂在y-z面进行运动；或者还可以是通过某种解析式限制机械臂的运动，使机械臂仅能在运动在正方体、长方体、圆柱、圆锥、球等几何形状或某些不规则形状中。
在确定了该机械臂的运动约束条件之后，在将该目标外力信息转换为该机械臂末端的笛卡尔位姿以控制机械臂运动时，则会相应地不进行该运动约束条件所约束的运动内容。
通过上述技术方案，通过导纳控制原理将该目标外力信息转换为该笛卡尔位姿，从而能够兼容大部分机械臂，并且在机械臂的使用中，用户能够根据自身需求添加该机械臂的运动约束条件，具有较好的兼容性。
图5是根据本公开一示例性实施例示出的一种机械臂控制装置的结构框图。如图5所示，所述装置包括：第一获取模块10，用于通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端；第一计算模块20，用于根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；补偿模块30，用于将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩；控制模块40，用于将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
通过上述技术方案，在响应用户施加于机械臂上的力来控制机械臂进行相应的运动时，不仅能够通过安装于机械臂末端的六维力传感器的采集数据来控制机械臂，而且还能够结合各轴的力矩传感器的采集数据来对根据六维力传感器的采集数据确定得到的外力信息进行补偿，从而使得最终确定得到的目标外力信息更加精确，也使得根据该目标外力信息控制的机械臂的运动的柔顺性、刚性、精确性和稳定性都得到的一定程度的提升。
在一种可能的实施方式中，所述第一获取模块10包括：第一获取子模块，用于获取所述六维力传感器的采集信号转换得到的外力信息作为第三外力信息；第一补偿子模块，用于根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息；确定子模块，用于将所述第四外力信息确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息。
在一种可能的实施方式中，所述确定子模块还用于对所述第四外力信息进行低通滤波处理；将经过所述低通滤波处理的所述第四外力信息确定为所述第一外力信息。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：第二获取模块，用于获取所述六维力传感器在所述机械臂末端处于三个不同位姿时所采集到的信号，计算所述机械臂末端在处于各位姿时分别受到的外力信息作为第五外力信息，并获取所述机械臂末端在处于所述各位姿时分别对应的姿态矩阵；第二计算模块，用于根据所述机械臂末端在处于所述三个不同位姿时分别对应的所述姿态矩阵和分别受到的所述第五外力信息确定所述负载信息和所述零点偏置信息；其中，所述机械臂末端处于所述三个不同位姿时，所述机械臂法兰的法线不共面。
在一种可能的实施方式中，所述负载信息包括负载重力和负载质心位置，所述零点偏置信息包括所述六维力传感器坐标系中X轴、Y轴、Z轴三个方向上力的零点偏置值和力矩的零点偏置值。
在一种可能的实施方式中，所述第一补偿子模块通过以下公式进行：
Figure BDA0002851896720000141
其中，(F0x,F0y,F0z)和(T0x,T0y,T0z)分别为所述零点偏置信息中所述力的零点偏置值和所述力矩的零点偏置值，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别为所述负载重力在所述六维力传感器坐标系中各方向上的分量和与所述负载对应的力矩在各方向上的分量，(Fx,Fy,Fz)和(Tx,Ty,Tz)分别为所述第三外力信息中的力与力矩，(Fex,Fey,Fez)和(Tex,Tey,Tez)分别为所述第四外力信息中的力与力矩；
其中，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别通过以下公式确定：
Figure BDA0002851896720000142
其中，R为所述机械臂处于当前位姿时对应的所述姿态矩阵，G为所述负载重力，U和V分别为所述机械臂的水平和垂直方向的安装倾角，(x,y,z)为所述负载质心位置。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：第三获取模块，用于获取所述机械臂的运动约束条件；所述控制模块40还用于：将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并根据所述运动约束条件将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备600的框图。例如，电子设备600可以被提供为一服务器。参照图6，电子设备600包括处理器622，其数量可以为一个或多个，以及存储器632，用于存储可由处理器622执行的计算机程序。存储器632中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器622可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的机械臂控制方法。
另外，电子设备600还可以包括电源组件626和通信组件650，该电源组件626可以被配置为执行电子设备600的电源管理，该通信组件650可以被配置为实现电子设备600的通信，例如，有线或无线通信。此外，该电子设备600还可以包括输入/输出(I/O)接口658。电子设备600可以操作基于存储在存储器632的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OSXTM，UnixTM，LinuxTM等等。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的机械臂控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器632，上述程序指令可由电子设备600的处理器622执行以完成上述的机械臂控制方法。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的机械臂控制方法的代码部分。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种机械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括：
通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端；
根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；
将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩；
将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息包括：
获取所述六维力传感器的采集信号转换得到的外力信息作为第三外力信息；
根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息；
将所述第四外力信息确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述第四外力确定为所述机械臂末端受到的所述第一外力信息包括：
对所述第四外力信息进行低通滤波处理；
将经过所述低通滤波处理的所述第四外力信息确定为所述第一外力信息。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述六维力传感器在所述机械臂末端处于三个不同位姿时所采集到的信号，计算所述机械臂末端在处于各位姿时分别受到的外力信息作为第五外力信息，并获取所述机械臂末端在处于所述各位姿时分别对应的姿态矩阵；
根据所述机械臂末端在处于所述三个不同位姿时分别对应的所述姿态矩阵和分别受到的所述第五外力信息确定所述负载信息和所述零点偏置信息；
其中，所述机械臂末端处于所述三个不同位姿时，所述机械臂法兰的法线不共面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负载信息包括负载重力和负载质心位置，所述零点偏置信息包括所述六维力传感器坐标系中X轴、Y轴、Z轴三个方向上力的零点偏置值和力矩的零点偏置值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述机械臂的负载信息、所述六维力传感器的零点偏置信息和所述机械臂处于当前位姿时对应的姿态矩阵，对所述第三外力信息进行补偿，以得到补偿后的外力信息作为第四外力信息通过以下公式进行：
Figure FDA0002851896710000021
其中，(F0x,F0y,F0z)和(T0x,T0y,T0z)分别为所述零点偏置信息中所述力的零点偏置值和所述力矩的零点偏置值，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别为所述负载重力在所述六维力传感器坐标系中各方向上的分量和与所述负载的重力矩在各方向上的分量，(Fx,Fy,Fz)和(Tx,Ty,Tz)分别为所述第三外力信息中的力与力矩，(Fex,Fey,Fez)和(Tex,Tey,Tez)分别为所述第四外力信息中的力与力矩；
其中，(Gx,Gy,Gz)和(TGx,TGy,TGz)分别通过以下公式确定：
Figure FDA0002851896710000031
其中，R为所述机械臂处于当前位姿时对应的所述姿态矩阵，G为所述负载重力，U和V分别为所述机械臂的水平和垂直方向的安装倾角，(x,y,z)为所述负载质心位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述机械臂的运动约束条件；
所述将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动包括：
将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并根据所述运动约束条件将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
8.一种机械臂控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于通过六维力传感器获取在机械臂末端受到的外力信息作为第一外力信息，其中，所述六维力传感器安装于所述机械臂末端；
第一计算模块，用于根据所述机械臂各轴中的力矩传感器采集到的信号计算所述机械臂末端受到的外力信息作为第二外力信息；
补偿模块，用于将所述第一外力信息和所述第二外力信息进行数据融合，以得到补偿后的外力信息作为目标外力信息，其中，外力信息中包括力和力矩；
控制模块，用于将所述目标外力信息转换所述机械臂末端的笛卡尔位姿，并将所述笛卡尔位姿映射至所述机械臂各轴，以控制所述机械臂运动。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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