CN113021408A - 补偿臂架挠度的方法和装置及控制臂架的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及挠度补偿领域，公开了一种补偿臂架挠度的方法和装置及控制臂架的方法和装置，该补偿臂架挠度的方法包括：确定在所述臂架被视为刚性体的情况下若所述臂架的末端到达预设目标位置所述臂架的关节角度组，其中，所述关节角度组包括所述臂架的各个关节的关节角度；确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置；确定所述预设目标位置与所述实际位置之间的偏差；以及在所述偏差不满足预设条件的情况下，调整所述关节角度组，并在根据调整后的所述关节角度组确定的所述偏差不满足所述预设条件的情况下继续调整所述关节角度组，直到所述偏差满足所述预设条件。藉此，实现了使得臂架的末端可以较准确的到达预设目标位置。

Description

补偿臂架挠度的方法和装置及控制臂架的方法和装置
技术领域
本发明涉及挠度补偿领域，具体地，涉及一种补偿臂架挠度的方法和装置及控制臂架的方法和装置。
背景技术
在自动布料中用户只需设定布料点的位置，需要通过算法获得对应的各个关节角度，现有技术中将臂架简化成刚性体，可通过臂架的刚性逆运动学获得对应的各个关节角，然而实际臂架在重力的影响下存在较大的弹性变形，导致臂架末端无法准确到达目标布料点的位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种补偿臂架挠度的方法和装置及控制臂架的方法和装置，其可解决或至少部分解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种用于补偿臂架挠度的方法，该方法包括：确定在所述臂架被视为刚性体的情况下若所述臂架的末端到达预设目标位置所述臂架的关节角度组，其中，所述关节角度组包括所述臂架的各个关节的关节角度；确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置；确定所述预设目标位置与所述实际位置之间的偏差；以及在所述偏差不满足预设条件的情况下，调整所述关节角度组，并在根据调整后的所述关节角度组确定的所述偏差不满足所述预设条件的情况下继续调整所述关节角度组，直到所述偏差满足所述预设条件。
可选地，所述臂架为工程机械的臂架。
可选地，所述调整所述关节角度组为基于所述偏差进行调整。
可选地，所述调整所述关节角度组为调整所述臂架的各个关节中至少两个关节的所述关节角度，其中，所述至少两个关节在所述臂架中依次相邻。
可选地，选取所述至少两个关节时为从所述臂架的末端开始依次选取。
可选地，所述至少两个关节的所述关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：所述至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、所述偏差以及预设函数，其中，所述预设函数为所述偏差的大小的函数且随着所述偏差的大小的减小而减小，所述预设函数的取值范围为小于或等于1。
可选地，所述调整量根据以下公式被确定：Δq＝M*J*Δe，其中，Δq、Δe为向量，Δq的维度与所述至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为所述至少两个关节的所述关节角度的所述调整量；Δe为所述偏差，M为所述预设函数，J为所述伪逆矩阵。
可选地，所述预设函数为：
Figure BDA0002988575300000021
其中，Δe为向量，Δe为所述偏差。
可选地，在进行一次所述调整所述关节角度组后，该方法还包括：判断所述至少两个关节中的至少一关节的所述关节角度是否处于关节限位内；以及在一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，控制该关节的所述关节角度将不再被调整；和/或从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节，其中被重新选取的所述至少两个关节在所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中依次相邻。
可选地，在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，该方法还包括：将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。
可选地，该方法还包括：当满足以下条件时再次调整所述关节角度组时将被调整所述关节角度的关节的数量增加：调整所述关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整所述关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整所述关节角度组次数的增加所述偏差变小以及所述偏差不满足所述预设条件。。
可选地，所述确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
可选地，所述预设条件为所述偏差的大小小于第四预设值。
可选地，该方法被应用在自动布料中，所述第四预设值与布料场景相关。
可选地，所述第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
此外，本发明的另一方面还提供一种用于控制臂架的方法，该方法包括：根据上述的用于补偿臂架挠度的方法确定所述臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得所述偏差满足所述预设条件的各个关节的所述关节角度；以及根据所确定的各个关节的所述关节角度控制所述臂架的各个关节。
相应地，本发明的另一方面还提供一种用于补偿臂架挠度的装置，该装置包括：关节角度组确定模块，用于确定在所述臂架被视为刚性体的情况下若所述臂架的末端到达预设目标位置所述臂架的关节角度组，其中，所述关节角度组包括所述臂架的各个关节的关节角度；实际位置确定模块，用于确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置；偏差确定模块，用于确定所述预设目标位置与所述实际位置之间的偏差；以及处理模块，用于在所述偏差不满足预设条件的情况下，调整所述关节角度组，并在根据调整后的所述关节角度组确定的所述偏差不满足所述预设条件的情况下继续调整所述关节角度组，直到所述偏差满足所述预设条件。
可选地，所述臂架为工程机械的臂架。
可选地，所述处理模块调整所述关节角度组为基于所述偏差进行调整。
可选地，所述处理模块调整所述关节角度组为调整所述臂架的各个关节中至少两个关节的所述关节角度，其中，所述至少两个关节在所述臂架中依次相邻。
可选地，选取所述至少两个关节时为从所述臂架的末端开始依次选取。
可选地，所述至少两个关节的所述关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：所述至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、所述偏差以及预设函数，其中，所述预设函数为所述偏差的大小的函数且随着所述偏差的大小的减小而减小，所述预设函数的取值范围为小于或等于1。
可选地，所述调整量根据以下公式被确定：Δq＝M*J*Δe，其中，Δq、Δe为向量，Δq的维度与所述至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为所述至少两个关节的所述关节角度的所述调整量；Δe为所述偏差，M为所述预设函数，J为所述伪逆矩阵。
可选地，所述预设函数为：
Figure BDA0002988575300000041
其中，Δe为向量，Δe为所述偏差。
可选地，该装置还包括：判断模块，用于在进行一次所述调整所述关节角度组后，判断所述至少两个关节中的至少一关节的所述关节角度是否处于关节限位内；所述处理模块还用于：在一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，控制该关节的所述关节角度将不再被调整；和/或从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节，其中被重新选取的所述至少两个关节在所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中依次相邻。
可选地，所述处理模块还用于：在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。
可选地，所述处理模块还用于：当满足以下条件时再次调整所述关节角度组时将被调整所述关节角度的关节的数量增加：调整所述关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整所述关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整所述关节角度组次数的增加所述偏差变小以及所述偏差不满足所述预设条件。
可选地，所述实际位置确定模块确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
可选地，所述预设条件为所述偏差的大小小于第四预设值。
可选地，该装置被应用在自动布料中，所述第四预设值与布料场景相关。
可选地，所述第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
相应地，本发明的另一方面还提供一种用于控制臂架的装置，该装置包括：关节角度确定模块，用于根据上述的用于补偿臂架挠度的方法确定所述臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得所述偏差满足所述预设条件的各个关节的所述关节角度；以及控制模块，用于根据所确定的各个关节的所述关节角度控制所述臂架的各个关节。
此外，本发明的另一方面还提供一种工程机械，该工程机械包括：上述的用于补偿臂架挠度的装置；和/或上述的用于控制臂架的装置。
另外，本发明的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述用于补偿臂架挠度的方法或上述的用于控制臂架的方法。
通过上述技术方案，在臂架被视为刚性体确定的关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置与预设目标位置之间的偏差不满足预设条件的情况下，调整关节角度组，直到偏差满足预设条件，当偏差满足预设条件时，实际位置非常靠近预设目标位置，如此，实现了补偿臂架末端的挠度，使得实际位置非常靠近预设目标位置，使得臂架的末端可以较准确的到达预设目标位置。此外，使得偏差满足预设条件的关节角度组中包括的各个关节的关节角度即为使得臂架末端可以相对较准确的到达预设目标位置的各个关节的关节角度。
本发明的其它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发明的进一步理解，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发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的臂架示意图；
图2是本发明另一实施例提供的用于补偿臂架挠度的方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的臂架示意图；
图4是本发明另一实施例提供的用于补偿臂架挠度的方法的逻辑示意图；以及
图5是本发明另一实施例提供的用于补偿臂架挠度的装置的结构框图。
附图标记说明
1 关节角度组确定模块 2 实际位置确定模块
3 偏差确定模块 4 处理模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明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发明，并不用于限制本发明。
以7自由度臂架为例，其结构如图1所示，该臂架可以活动的关节包括7个，J0-J6。设A为期望臂架末端到达的位置，例如，期望的布料点，即期望臂架末端点e到达图1中所示的A点。若臂架为刚性，则根据其逆运动模型可计算出使得臂架末端e到达A点对应的一组关节角度。假设求得的该组关节角度对应的臂架构型如图1中黑色实线所示。由于臂架存在弹性变形，该组关节角对应的臂架的实际末端位置是A'，如图1中虚线所示。如何计算臂架的关节角度使其末端在变形的情况下依然能到达期望的位置是本发明可以解决的问题。
本发明实施例的一个方面提供一种用于补偿臂架挠度的方法。其中，臂架挠度为由于臂架存在弹性变形导致臂架被视为刚性体的情况下假设臂架末端到达目标位置得到的一组关节角度使得臂架末端实际到达的位置与目标位置之间存在的偏差。
图2是本发明一实施例提供的用于补偿臂架挠度的方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下内容。
在步骤S20中，确定在臂架被视为刚性体的情况下若臂架的末端到达预设目标位置臂架的关节角度组，其中，关节角度组包括臂架的各个关节的关节角度，也就是，关节角度组包括在臂架被视为刚性体的情况下当臂架的末端到达预设目标位置时臂架的各个关节应该达到的角度值。可选地，在本发明实施例中，可以采用刚性逆运动学来确定出关节角度组。具体地，刚性臂架的逆运动学可通过数值解法求解，其过程为首先选取一组关节角作为种子，然后利用正运动学模型计算该组关节对应的臂架末端位置，计算该位置与目标位置的偏差，通过臂架的雅可比矩阵的逆矩阵将末端位置偏差映射到关节空间中，从而计算出能够将末端位置调整到期望的目标位置所对应的关节角度。如图3所示，以7自由度臂架为例，将臂架视为刚性体，利用刚性逆运动学可计算臂架的末端e到达预设目标位置A的关节角度组q。此外，在本发明实施例中，一关节的关节角度为该关节连接的两个节臂之间的角度。在实际情况中，一关节的两个节臂之间的角度有两种情况，一种情况是锐角另一种情况是钝角，根据具体情况设置即可，只要所有关节的关节角度采用相同的设置即可。可选地，在本发明实施例中，臂架可以是任何具有冗余自由度的臂。例如，可以是工程机械的臂架。
在步骤S21中，确定关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置。例如，例如采用臂架挠度计算模型确定实际位置，通过臂架挠度计算模型获得关节角度组使得臂架末端到达的实际位置。例如，通过传感器采集大量的臂架不同关节角度对应的末端位置的数据，建立起一个大数据库，然后根据关节角度进行查表和拟合，获得臂架末端实际位置。如图3所示，确定关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置A'。
在步骤S22中，确定预设目标位置与实际位置之间的偏差。例如，偏差可以是预设目标位置与实际位置之间的距离。或者，偏差可以是预设目标位置与实际位置之间的向量，如图3所示，Δe＝A-A′。可选地，可以根据预设目标位置的坐标值与实际位置之间的坐标值确定出预设目标位置与实际位置之间的向量。
在步骤S23中，判断偏差是否满足预设条件，若满足则执行步骤S25；若不满足则执行步骤S24。可选地，在本发明实施例中，预设条件可以是偏差的大小小于第四预设值。例如，当偏差为一向量时，偏差的大小为偏差的模值，预设条件可以是偏差的模值小于第四预设值。或者，当偏差为预设目标位置与实际位置之间的距离时，偏差的大小可以是距离值，预设条件可以是预设目标位置与实际位置之间的距离值小于第四预设值。可选地，在本发明实施例中，第四预设值可以根据具体情况而定。第四预设值越小，挠度补偿后末端的实际位置越接近预设目标位置，或者说在臂架存在变形的情况下求解使得臂架末端能够到达预设目标位置所得到的各个关节的关节角度的准确度越高。可选地，在本发明实施例中，用于补偿臂架挠度的方法被应用在自动布料中，第四预设值与布料场景相关。优选地，在本发明实施例中，第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
在步骤S24中，调整关节角度组。调整关节角度组为调整关节角度组中包括的关节角度的值。可选地，在本发明实施例中，可以是根据偏差调整关节角度组。另外，可选地，在本发明实施例中，调整关节角度组可以是调整臂架的各个关节中的至少两个关节的关节角度，其中，至少两个关节在臂架中依次相邻，至少两个关节中任意两个关节之间不间隔关节。被调整关节角度的至少两个关节之间的相邻关系不间断，例如以图3为例进行说明，假设至少两个关节包括两个关节。如图3所示，至少两个关节可以是关节J5和J6，或者关节J3和J4，或者关节J4和J5……，至少两个关节在臂架中依次相邻。但是，至少两个关节不可以是关节J2和J4，关节J2和J4不能依次相邻，因为关节J2和J4之间间隔关节J3。或者在至少两个关节包括3个关节的情况下，可以是关节J2、J3、J4，不可以是J2、J3、J5，因此关节J2、J3、J5之间相邻关系出现间断，关节J3和J5之间间隔关节J4。
其中，被调整关节角度的至少两个关节可以是臂架的任意依次相邻的至少两个关节，具体地调节臂架的哪几个关节的关节角度可以根据具体情况而定。可选地，在本发明实施例中，被调整关节角度的至少两个关节可以是从臂架末端开始依次选取的至少两个关节。其中，从臂架末端依次选取至少两个关节可以使得在调整关节角度组时在调整幅度较小的情况下尽快的使得偏差满足预设条件，减少运算过程，提高工作效率。在执行完步骤S24后，再次执行步骤S21至步骤S23，也就是根据调整后的关节角度组重新确定实际位置、偏差并判断偏差是否满足预设条件，并在再次调整关节角度组后偏差仍然不满足预设条件的情况下再次调整关节角度组以及确定出偏差并判断偏差是否满足预设条件，直到偏差满足预设条件。另外，在本发明实施例中，每次调整关节角度组时所调整的至少两个关节包括的关节的数量可以相同也可以不相同。另外，每次调整关节角度组时所调整的至少两个关节包括的关节可以是与上次调整关节角度组时所调整的关节相同的关节，也可以是与上次调整关节角度组时所调整的关节不相同的关节，其中，不相同的情况下可以全部不相同也可以是部分不相同。对此，均不限制，只要满足调节至少两个关节的关节角度即可。
在步骤S25中，结束。
通过上述技术方案，在臂架被视为刚性体确定的关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置与预设目标位置之间的偏差不满足预设条件的情况下，调整关节角度组，直到偏差满足预设条件，当偏差满足预设条件时，实际位置非常靠近预设目标位置，如此，实现了补偿臂架末端的挠度，使得实际位置非常靠近预设目标位置，使得臂架的末端可以较准确的到达预设目标位置。此外，使得偏差满足预设条件的关节角度组中包括的各个关节的关节角度即为使得臂架末端相对较准确的到达预设目标位置的各个关节的关节角度。
可选地，在本发明实施例中，至少两个关节的关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、偏差以及预设函数，其中，预设函数为偏差的大小的函数且随着偏差的大小的减小而减小，预设函数的取值范围为小于或等于1。计算至少两个关节组成的子臂架的雅可比矩阵的伪逆矩阵，可以是先求子臂架的雅可比矩阵Jp，，需要的参数有至少两个关节的当前关节角度、子臂架的几何参数；然后求解雅可比矩阵的伪逆矩阵。可选地，此处伪逆矩阵可以是右伪逆矩阵
Figure BDA0002988575300000111
计算方式为
Figure BDA0002988575300000112
可选地，在本发明实施例中，调整量根据以下公式被确定：Δq＝M*J*Δe，其中，Δq、Δe为向量，Δq的维度与至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为至少两个关节的关节角度的调整量；Δe为偏差，M为预设函数，J为伪逆矩阵。Δq的维度与至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的每一元素值对应至少两个关节中的一关节的关节角度的调整量，其中，Δq中的元素值与至少两个关节中的关节的对应关系可以根据具体情况而定，对此，不进行限制。例如，以图3所示的7自由度臂架为例，选取3个关节的关节角度进行调节，分别是关节J2、J3和J4，Δq为3维向量，Δq中的第一元素值、第二元素值及第三元素值分别对应关节J2、J3和J4的关节角度的调整量。此外，还可以是Δq中的第一元素值、第二元素值及第三元素值分别对应关节J3、J4和J2的关节角度的调整量，或者还可以是Δq中的第一元素值、第二元素值及第三元素值分别对应关节J3、J2和J4的关节角度的调整量，等等。Δq中的元素值与被调整关节角度的关节之间的对应关系可以根据具体情况进行设定，对此，不进行限制。
可选地，在本发明实施例中，预设函数为：
Figure BDA0002988575300000113
其中，Δe为向量，Δe为偏差；‖Δe‖为Δe取模，也就是Δe的模值。
可选地，在本发明实施例中，在进行一次调整关节角度组后，该方法还包括：判断至少两个关节中的至少一关节的关节角度是否处于关节限位内；以及在一关节的关节角度不处于该关节对应的关节限位内的情况下，控制该关节的关节角度将不再被调整；和/或从臂架的可被调整关节角度的关节中重新选取被调整关节角度的至少两个关节，其中被重新选取的至少两个关节在臂架的可被调整关节角度的关节中依次相邻。重新从可被调整关节角度的关节中选取至少两个关节调整关节角度，被重新选取的至少两个关节在臂架的可被调整关节角度的关节中依次相邻，例如，以图3为例进行说明。假设每次选取的至少两个关节数量相同，均为3。某一次选取的至少两个关节为关节J4、J5、J6，调整关节角度后关节J5被限制关节角度不可再被调整，再次选取的3个关节是从关节J1、J2、J3、J4、J6中进行选取且在关节J1、J2、J3、J4、J6中依次相邻。例如，可以选取关节J3、J4、J6，尽管从整个臂架的角度来看，关节J3、J4、J6不是依次相邻的，关节J4、J6之间间隔关节J5，但是在可被调整关节角度的所有关节中，关节J4、J6是相邻的。在本发明实施例中，通过判断关节的关节角度是否处于其对应的关节限位内，可以使得调整关节角度组进行的是有效的工作，尽快找到使得偏差满足预设条件的关节角度组，提高效率。
可选地，在本发明实施例中，在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，该方法还包括：将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。进行一次调整关节角度组后，被限制不再被调整关节角度的关节的关节角度将被限制在进行该次调整关节角度组之前的关节角度值，此后均不能被调整关节角度；未被限制不可再被调整关节角度的关节的关节角度被调整回到进行该次调整关节角度组之前的关节角度值。在进行一次调整关节角度组后某一关节的关节角度不处于其对应的关节限位内的情况下，在至少两个关节中的每一关节角度均被调整回到进行该次调整关节角度组之前的角度后，再从臂架的可被调整关节角度的关节中选择至少两个关节进行调整关节角度。
此外，在进行一次调整关节角度组后某些关节被限制将不再被调整的情况下，下一次调整关节角度组时被调整关节角度的至少两个关节包括的关节的数量与该次被调整关节角度的关节的数量可以相同也可以不相同，与该次被调整关节角度的关节的数量之间没有关系，只要不包括被限制不再被调整关节角度的关节即可。例如，以图3为例，某一次调整关节角度组时，调整的关节角度的关节的数量是3个，关节分别是J4、J5、J6。在该次调整关节角度组后，J5被限制关节角度将不再被调整，则J5的关节角度被限制在进行该次调整关节角度组之前的关节角度。下一次再调整关节角度组时，被调整关节角度的关节的数量可以是2也可以是3，还可以是其他值。另外，在进行一次调整关节角度组后某些关节被限制将不再被调整的情况下，下一次调整关节角度组时被调整关节角度的至少两个关节中可以包括该次被调整关节角度的至少两个关节中的某一个或多个关节，也可以不包括该次被调整关节角度的至少两个关节。
可选地，在本发明实施例中，该方法还包括：当满足以下条件时再次调整关节角度组时将被调整关节角度的关节的数量增加：调整关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整关节角度组次数的增加偏差变小以及偏差不满足预设条件。其中，第一预设值和第二预设值可以根据具体情况进行限定。从开始调整关节角度组开始一直调整第二预设值个关节，随着调整关节角度组次数的增加偏差变小，当调整关节角度组的次数超过第一预设值但偏差仍然不满足预设条件的情况下，再次调整关节角度组时将被调整关节角度的数量增加。其中，增加的关节的数量可以根据具体情况而定，例如，增加一个关节，两个关节等。此外，每次被调整关节角度的第二预设值个关节可以是相同的关节也可以是不同的关节；若每次调整的关节是相同的关节则可以提高效率，尽快找到符合条件的关节角度组，使得偏差满足预设条件。需要说明的是，此处所说的每次调整的关节是相同的关节是在不考虑关节限位或者关节的关节角度均处于对应的关节限位的情况下，当某一关节的关节角度不处于其对应的关节限位内时，需要根据本发明实施例中的相关介绍进行具体考虑。
可选地，在本发明实施例中，在进行一次调整关节角度组后再次进行调整关节角度组的条件为未被控制不再被调整的关节的数量超过1。也就是，在整个臂架中，至少有两个关节的关节角度是可以调节的。
可选地，在本发明实施例中，确定关节角度组使得末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。在本发明实施例中，在调整关节角度组后，重新确定关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置，确定关节角度组使得臂架的末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
图4是本发明另一实施例提供的用于补偿臂架挠度的方法的逻辑示意图。
其中，在该实施例中，以图3所示的7自由度臂架为例进行说明。另外，在本发明实施例中，每次调整关节角度组时选择两个关节进行调整关节角度，且选择的两个关节为从臂架末端开始依次选取。此外，在本发明实施例中，将用于补偿臂架挠度的方法应用在自动布料中，预设目标位置即为目标布料点。本发明实施例提供的臂架挠度的补偿方法，首先通过臂架的刚性逆运动学模型获得到达目标布料点的一组关节角，然后获得该组关节角状态下臂架末端的变形量，也就是实际位置与目标布料点之间的偏差，通过该变形量调整臂架的部分关节位置，多次迭代调整关节位置最终计算出达目标布料点所对应的关节位置。其中，通过调节关节角度来调整关节位置。下面对补偿方法做详细描述。
如图4所示，输入上述实施例中所述的预设目标位置A的位置、第三预设值及第四预设值。
将臂架视为刚性体，利用刚性逆运动学计算臂架的末端e到达预设目标位置A的关节角度组q。
从臂架末端开始选取两个自由的关节组成子臂架，自由的关节即为其关节角度可以调节的关节，如图3所示，先选择关节J5和J6。然后通过臂架挠度计算模型获得关节角度组q使得臂架末端e实际到达的实际位置A′，并将迭代次数加一，其中，当关节角度组被调整后需要重新确定实际位置，迭代次数也就是确定实际位置的次数。
判断迭代次数是否未超过第三预设值。若迭代次数超过第三预设值，则结束末端挠度补偿过程。此外，还可以提示用户目标布料点不可达。若迭代次数未超过第三预设值，则计算预设目标位置A与实际位置A′的偏差Δe＝A-A′，Δe为一向量，判断偏差Δe的大小是否小于第四预设值，也就是判断偏差Δe的模值‖Δe‖是否小于第四预设值。例如，采用ε表示第四预设值。ε是一个较小的值，该值越小则求解精度越高，即补偿后的臂架末端更加靠近期望的目标位置，但相应的迭代次数则会增加。可以根据具体情况设置ε。例如，在自动布料中，ε可根据布料场景进行设置，0<ε≤布料点补偿精度，布料点的补偿精度与布料场景有关。例如，浇筑较小尺寸的方形梁时，该方形的布料口的面积较小，因此设置较小的补偿精度。布料点的补偿精度的计算方式为：布料点补偿精度＝目标布料点距离布料口边沿最小距离-臂架软管半径。若模值‖Δe‖大于或等于第四预设值且迭代次数未超过第三预设值，则继续进入下一步迭代过程，直到确定出满足模值‖Δe‖小于第四预设值的关节角度组则结束迭代过程并返回结果。
若偏差的大小小于第四预设值，则输出关节角度组；若偏差的大小未超过第四预设值，则计算子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵，其中，在该实施例中采用右伪逆矩阵。首先选择的是关节J5和J6，则计算关节J5和J6组成的子臂架的雅克比矩阵的右伪逆矩阵
Figure BDA0002988575300000151
计算子臂架中各个关节的关节角度的调整量。首先选择的是关节J5和J6，计算关节J5和J6中每个关节的关节角度的调整量。具体计算调整量的方法参见上述实施例中所述的方法。首先选择的是关节J5和J6，根据以下公式进行计算
Figure BDA0002988575300000161
Δq56为二维向量，第一个元素的值为关节J5的关节角度的调整量，第二个元素的值为关节J6的关节角度的调整量。为了保证收敛性同时提高算法收敛速度，引入随着偏差大小‖Δe‖减小而减小的预设函数k(‖Δe‖)，且满足k(‖Δe‖)≤1，可构造如下预设函数：
Figure BDA0002988575300000162
将子臂架中每个关节的关节角度与其对应的调整量相加，得到更新后的关节角度。
判断子臂架中每个关节的更新后的关节角度是否处于其对应的关节限位内，每一关节对应其自己的关节限位。若子臂架中所有关节的更新后的关节角度均处于自己对应的关节限位内，则根据调整后的关节角度组成的关节角度组，重新确定臂架末端的实际位置，并且将迭代次数加一，重复上述判断迭代次数、偏差大小等的过程。若子臂架中某一关节的更新后的关节角度不处于其对应的关节限位内，则锁定该关节，该关节失去自由，即将该关节连接的节臂视为一个整体，该关节的关节角度将被限制在该次调整关节角度之前的关节角度。判断臂架是否存在一个以上未被锁定的关节。若臂架不存在一个以上未被锁定的关节则结束末端挠度补偿过程。另外，在结束补偿过程后，还可以提示用户目标布料点不可到达。若臂架存在一个以上未被锁定的关节，则重新选取子臂架，选取原则为从臂架末端依次开始选取未被锁定的两个关节来组成新的子臂架，假设选取的关节为第i个和第j个，计算该子臂架的雅可比矩阵的右伪逆矩阵
Figure BDA0002988575300000163
通过公式(1)计算第i个关节和第j个关节的关节角度的调整量。例如，首先选取的是关节J5和J6，J5被锁定，则重新选择的两个关节是J4和J6。然后再次判断重新选择的子臂架中的每个关节的更新后的关节角度是否处于其对应的关节限位内。若重新选择的子臂架中的每个关节的更新后的关节角度均处于其对应的关节限位内，则重复上述确定实际位置以随后的过程。若重新选择的子臂架中的某一关节的更新后的关节角度不处于其对应的关节限位内，则重复上述锁定关节以随后的过程。若经过多次选择使得臂架的各个关节不满足存在一个以上关节未被锁定，则结束末端挠度补偿过程。此外，在结束末端挠度补偿过程后还可以提示用户该目标布料点不可达。
若子臂架中每个关节的更新后的关节角度均处于其对应的关节限位内，则进入下一步迭代过程，即利用臂架挠度计算模型获得更新了子臂架中的关节的关节角度的关节角度组对应的末端实际位置A′、重新计算Δe、判断是否满足‖Δe‖＜ε等过程。
本发明实施例提供了一种臂架挠度补偿的方法，主要包括以下几个方面的内容：1)根据臂架末端的挠度是与臂架构型相关的非线性函数的特性，利用臂架变形后的实际位置与期望的目标位置的偏差来确定臂架关节的调整量，通过迭代求解的方式不断调整臂架某些关节的角度，使得臂架变形后的实际末端位置逐渐收敛于期望的目标布料点；2)在迭代过程中优先选择靠近臂架末端的子臂架来计算关节调整的角度，同时根据调整后的关节角度是否满足对应关节的关节限位约束来判断是否需要重新选择子臂架；3)在迭代过程中将超出限位的关节进行锁定，即将该关节相邻的节臂视为一个整体，然后在臂架中选择未被锁定且靠近臂架末端的关节构成新的子臂架，计算该子臂架中包括的关节的关节角度的调整量；4)构造随着臂架变形后的实际位置与期望的目标位置的偏差的减小而减小的函数，调制子臂架中的关节角度调整量的大小。
本发明实施例提供的臂架挠度补偿的方法，能够迭代求解出柔性臂架达到目标布料点对应的关节角度且满足臂架的关节限位约束，解决了现有技术中无法对多关节串联冗余臂架末端进行挠度补偿的问题，因而在实际施工过程中无需人为将臂架移动到目标布料点进行各个关节角度的标定，为无人化布料施工过程奠定了基础；通过优先从臂架末端选取子臂架的策略，根据目标布料点与弹性变形后的臂架末端位置的偏差来调整子臂架中的关节的关节角度，减少了其他关节的变化导致补偿算法无法收敛的可能性，同时也减少了自动布料过程中关节的冗余运动，能够有效提高施工效率；在迭代求解过程中对调整后的关节角度进行关节限位检查，从而避免计算出超出关节限位约束的角度，充分利用臂架冗余自由度的特性，将超出限位的关节进行锁定，避免下次迭代过程中再次出现更新的关节角度超出关节限位，然后重新选择臂架中未被锁定的关节构成新的子臂架进行关节角度的调整，从而最大限度的提高了算法寻找到可行解的可能性；引入与偏差距离相关的调制函数能够使得关节调整量随着臂架末端位置逐渐靠近目标位置而不断减小，从而有效提高补偿算法的收敛性，减少迭代次数。
此外，本发明实施例的另一方面还提供一种用于控制臂架的方法，该方法包括：根据上述实施例中所述的用于补偿臂架挠度的方法确定所述臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得所述偏差满足所述预设条件的各个关节的所述关节角度；以及根据所确定的各个关节的所述关节角度控制所述臂架的各个关节。
相应地，本发明实施例的另一方面还提供一种用于补偿臂架挠度的装置。
图5是本发明另一实施例提供的用于补偿臂架挠度的装置的结构框图。如图5所示，该装置包括关节角度组确定模块1、实际位置确定模块2、偏差确定模块3和处理模块4。其中，关节角度组确定模块1用于确定在臂架被视为刚性体的情况下若臂架的末端到达预设目标位置臂架的关节角度组，其中，关节角度组包括臂架的各个关节的关节角度；实际位置确定模块2用于确定关节角度组使得末端到达的实际位置；偏差确定模块3用于确定预设目标位置与实际位置之间的偏差；处理模块4用于在偏差不满足预设条件的情况下，调整关节角度组，并在根据调整后的关节角度组确定的偏差不满足预设条件的情况下继续调整关节角度组，直到偏差满足预设条件。
可选地，在本发明实施例中，臂架为工程机械的臂架。
可选地，在本发明实施例中，处理模块调整关节角度组为基于偏差进行调整。
可选地，在本发明实施例中，处理模块调整关节角度组为调整臂架的各个关节中至少两个关节的关节角度，其中，至少两个关节在臂架中依次相邻。
可选地，在本发明实施例中，选取至少两个关节时为从臂架的末端开始依次选取。
可选地，在本发明实施例中，至少两个关节的关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、偏差以及预设函数，其中，预设函数为偏差的大小的函数且随着偏差的大小的减小而减小，预设函数的取值范围为小于或等于1。
可选地，在本发明实施例中，调整量根据以下公式被确定：Δq＝M*J*Δe，其中，Δq、Δe为向量，Δq的维度与至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为至少两个关节的关节角度的所述调整量；Δe为偏差，M为预设函数，J为伪逆矩阵。
可选地，在本发明实施例中，预设函数为：
Figure BDA0002988575300000191
其中，Δe为向量，Δe为偏差。
可选地，在本发明实施例中，该装置还包括：判断模块，用于在进行一次调整关节角度组后，判断至少两个关节中的至少一关节的关节角度是否处于关节限位内；处理模块还用于：在一关节的关节角度不处于该关节对应的关节限位内的情况下，控制该关节的关节角度将不再被调整；和/或从臂架的可被调整关节角度的关节中重新选取被调整关节角度的至少两个关节，其中被重新选取的至少两个关节在臂架的可被调整关节角度的关节中依次相邻。
可选地，在本发明实施例中，所述处理模块还用于：在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。
可选地，在本发明实施例中，所述处理模块还用于：当满足以下条件时再次调整关节角度组时将被调整关节角度的关节的数量增加：调整关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整关节角度组次数的增加偏差变小以及偏差不满足所述预设条件。
可选地，在本发明实施例中，实际位置确定模块确定关节角度组使得末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
可选地，在本发明实施例中，预设条件为所述偏差的大小小于第四预设值。
可选地，在本发明实施例中，该装置被应用在自动布料中，第四预设值与布料场景相关。
可选地，在本发明实施例中，第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
本发明实施例提供的用于补偿臂架挠度的装置的具体工作原理及益处与本发明实施例提供的用于补偿臂架挠度的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
相应地，本发明实施例的另一方面还提供一种用于控制臂架的装置，该装置包括：关节角度确定模块，用于根据上述实施例中所述的用于补偿臂架挠度的方法确定臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得偏差满足预设条件的各个关节的关节角度；以及控制模块，用于根据所确定的各个关节的关节角度控制臂架的各个关节。
本发明实施例提供的用于控制臂架的装置的具体工作原理及益处与本发明实施例中提供的控制臂架的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
此外，本发明实施例的另一方面还提供一种工程机械，该工程机械包括：上述实施例中所述的用于补偿臂架挠度的装置；和/或上述实施例中所述的用于控制臂架的装置。
另外，本发明实施例的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述实施例中所述的用于补偿臂架挠度的方法或上述实施例中所述的用于控制臂架的方法。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (34)

1.一种用于补偿臂架挠度的方法，其特征在于，该方法包括：
确定在所述臂架被视为刚性体的情况下若所述臂架的末端到达预设目标位置所述臂架的关节角度组，其中，所述关节角度组包括所述臂架的各个关节的关节角度；
确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置；
确定所述预设目标位置与所述实际位置之间的偏差；以及
在所述偏差不满足预设条件的情况下，调整所述关节角度组，并在根据调整后的所述关节角度组确定的所述偏差不满足所述预设条件的情况下继续调整所述关节角度组，直到所述偏差满足所述预设条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述臂架为工程机械的臂架。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述关节角度组为基于所述偏差进行调整。
4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述调整所述关节角度组为调整所述臂架的各个关节中至少两个关节的所述关节角度，其中，所述至少两个关节在所述臂架中依次相邻。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选取所述至少两个关节时为从所述臂架的末端开始依次选取。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少两个关节的所述关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：所述至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、所述偏差以及预设函数，其中，所述预设函数为所述偏差的大小的函数且随着所述偏差的大小的减小而减小，所述预设函数的取值范围为小于或等于1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整量根据以下公式被确定：
Δq＝M*J*Δe
其中，Δq、Δe为向量，Δq的维度与所述至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为所述至少两个关节的所述关节角度的所述调整量；Δe为所述偏差，M为所述预设函数，J为所述伪逆矩阵。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设函数为：
Figure FDA0002988575290000021
其中，Δe为向量，Δe为所述偏差。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行一次所述调整所述关节角度组后，该方法还包括：
判断所述至少两个关节中的至少一关节的所述关节角度是否处于关节限位内；以及
在一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，
控制该关节的所述关节角度将不再被调整；和/或
从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节，其中被重新选取的所述至少两个关节在所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中依次相邻。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，该方法还包括：
将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
当满足以下条件时再次调整所述关节角度组时将被调整所述关节角度的关节的数量增加：调整所述关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整所述关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整所述关节角度组次数的增加所述偏差变小以及所述偏差不满足所述预设条件。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件为所述偏差的大小小于第四预设值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法被应用在自动布料中，所述第四预设值与布料场景相关。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
16.一种用于控制臂架的方法，其特征在于，该方法包括：
根据权利要求1-15中任一项所述的方法确定所述臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得所述偏差满足所述预设条件的各个关节的所述关节角度；以及
根据所确定的各个关节的所述关节角度控制所述臂架的各个关节。
17.一种用于补偿臂架挠度的装置，其特征在于，该装置包括：
关节角度组确定模块，用于确定在所述臂架被视为刚性体的情况下若所述臂架的末端到达预设目标位置所述臂架的关节角度组，其中，所述关节角度组包括所述臂架的各个关节的关节角度；
实际位置确定模块，用于确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置；
偏差确定模块，用于确定所述预设目标位置与所述实际位置之间的偏差；以及
处理模块，用于在所述偏差不满足预设条件的情况下，调整所述关节角度组，并在根据调整后的所述关节角度组确定的所述偏差不满足所述预设条件的情况下继续调整所述关节角度组，直到所述偏差满足所述预设条件。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述臂架为工程机械的臂架。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述处理模块调整所述关节角度组为基于所述偏差进行调整。
20.根据权利要求17-19所述的装置，其特征在于，所述处理模块调整所述关节角度组为调整所述臂架的各个关节中至少两个关节的所述关节角度，其中，所述至少两个关节在所述臂架中依次相邻。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，选取所述至少两个关节时为从所述臂架的末端开始依次选取。
22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少两个关节的所述关节角度的调整量根据以下至少一者被确定：所述至少两个关节组成的子臂架的雅克比矩阵的伪逆矩阵、所述偏差以及预设函数，其中，所述预设函数为所述偏差的大小的函数且随着所述偏差的大小的减小而减小，所述预设函数的取值范围为小于或等于1。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述调整量根据以下公式被确定：
Δq＝M*J*Δe
其中，Δq、Δw为向量，Δq的维度与所述至少两个关节包括的关节的数量相等，Δq中的元素值为所述至少两个关节的所述关节角度的所述调整量；Δe为所述偏差，M为所述预设函数，J为所述伪逆矩阵。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述预设函数为：
Figure FDA0002988575290000051
其中，Δe为向量，Δe为所述偏差。
25.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，该装置还包括：判断模块，用于在进行一次所述调整所述关节角度组后，判断所述至少两个关节中的至少一关节的所述关节角度是否处于关节限位内；
所述处理模块还用于：在一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，
控制该关节的所述关节角度将不再被调整；和/或
从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节，其中被重新选取的所述至少两个关节在所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中依次相邻。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
在进行一次所述调整所述关节角度组后所述至少两个关节中的一关节的所述关节角度不处于该关节对应的所述关节限位内的情况下，将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度，其中，从所述臂架的可被调整所述关节角度的关节中重新选取被调整所述关节角度的所述至少两个关节的步骤在将所述至少两个关节中的每一关节的所述关节角度均调整回到在进行该次调整所述关节角度组之前的所述关节角度的步骤之后。
27.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
当满足以下条件时再次调整所述关节角度组时将被调整所述关节角度的关节的数量增加：调整所述关节角度组的次数超过第一预设值、每次调整所述关节角度组时被调整关节角度的关节的数量均为第二预设值、随着调整所述关节角度组次数的增加所述偏差变小以及所述偏差不满足所述预设条件。
28.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述实际位置确定模块确定所述关节角度组使得所述末端到达的实际位置的次数不超过第三预设值。
29.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述预设条件为所述偏差的大小小于第四预设值。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，该装置被应用在自动布料中，所述第四预设值与布料场景相关。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述第四预设值的取值范围为大于0且小于或等于布料点补偿精度。
32.一种用于控制臂架的装置，其特征在于，该装置包括：
关节角度确定模块，用于根据权利要求1-15中任一项所述的方法确定所述臂架的各个关节的关节角度，其中，所确定的各个关节的关节角度为使得所述偏差满足所述预设条件的各个关节的所述关节角度；以及
控制模块，用于根据所确定的各个关节的所述关节角度控制所述臂架的各个关节。
33.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括：
权利要求17-31中任一项所述的装置；和/或
权利要求32所述的装置。
34.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-16中任一项所述的方法。
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