CN113119106A - 基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质 - Google Patents

基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质 Download PDF

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CN113119106A
CN113119106A CN202110240493.6A CN202110240493A CN113119106A CN 113119106 A CN113119106 A CN 113119106A CN 202110240493 A CN202110240493 A CN 202110240493A CN 113119106 A CN113119106 A CN 113119106A
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祝润泽
高燕
黄昕
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
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Abstract

本发明公开了一种基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质，其中方法包括以下步骤：获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动。本发明通过外加六维鼠标获取数据，并采用三层PID控制器生成机器人的坐标点，进而生成机器人可运行的连续平顺轨迹，实现对机器人末端精准的位姿控制，可应用于各种场景下的机器人拖动示教，可广泛应用于机器人示教技术领域。

Description

基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及机器人示教技术领域，尤其涉及一种基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质。
背景技术
常见的操作工业机器人的方式，主要有示教器按键操作、拖动示教等。通过物理按键的机器人操作，机器人工作坐标系与操作人员坐标系分离，对操作人员有一定的知识水平要求。拖动示教时，操作人员直接与机器人本体互动，此时由于两者坐标系融合，操作人员可以凭直觉对机器人进行精准的定位。这种方式对于使用者更加简单直观，降低了对操作者的知识水平要求。通过动力学实现的拖动示教受限于机器人各轴不同的力臂，以及动力学模型的精准程度，往往很难实现对于机器人末端精准的定位；使用力/力矩传感器的拖动示教成本高昂，且由于力传感器的带宽限制，很难实现高响应的特性；在机器人各轴增加力矩传感器虽然能有很好的效果，但是同样性价比不高，很难在一般市场得到应用。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于鼠标的机器人位姿控制方法、系统、装置及介质。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，包括以下步骤：
获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；
对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；
将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；
对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；
根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动；
所述位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、y轴和z轴三个方向的旋转量。
进一步，所述对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号，包括：
结合FIR滤波和卡曼滤波对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号。
进一步，所述FIR滤波的表达式为：
Figure BDA0002961948880000021
所述卡曼滤波的表达式为：
Yk＝GXk+(1-G)Yk-1
其中，k为时间节点；Uk为鼠标输入数据；Xk为FIR滤波结果；n为FIR序列数量；Yk为卡曼滤波预测值输出；G为卡曼滤波系数。
进一步，所述三层PID控制器的第一层为位置环控制，所述三层PID控制器的第二层为速度环控制，所述三层PID控制器的第三层为加速度环控制；
所述控制信号均输入所述第一层和所述第二层，所述第一层输出速度参考值至所述第二层，所述第二层输出加速度参考值至所述第三层。
进一步，所述第一层对所述控制信号进行以下操作：
所述控制信号经过取符号操作转换成1或-1的信号，根据所述1或-1的信号获取Bang-Bang信号；
所述Bang-Bang信号通过放大系数进行放大后，获得位置信号作为位置控制的参考值；
根据所述参考值和实际位置信号获取位置误差；
所述位置误差经过位置环PID控制器后，获得速度参考值，将所述速度参考值输入所述第二层。
进一步，所述第二层对所述控制信号进行以下操作：
根据预设范围，去除所述控制信号中不符合要求的数据，对剩余的数据取绝对值；
根据预设置的最大放大系数对取绝对值的信号进行放大；
将放大后的信号分成正限制信号和负限制信号，其中，正限制信号的极值限制保留不变，负限制信号的极值限制乘以-1，两路信号构成对称的正负限制信号；
将两路信号与所述速度参考值进行比较，超过速度限制的所述速度参考值被限制在速度极值上，保证通过鼠标控制的机器人的速度不会超过最大速度限制；
经过极值限制的速度参考值与实际速度进行比较，获得速度误差；
所述速度误差经过速度环PID控制器后，获得加速度参考值，将所述加速度参考值输入所述第三层。
进一步，所述第三层对输入的信号进行以下操作：
将所述加速度参考值与预设的加速度正限制和加速度负限制进行比较，确保加速度参考值限制在加速度正限制和加速度负限制之间；
限制后的加速度参考值与实际加速度进行比较，获得加速度误差；
所述加速度误差经过加速度环PID控制器后，获得加加速度参考值；
采用预设的加加速度限制对所述加加速度参考值进行限制处理；
对限制处理后的加加速度限制进行积分处理，获得轨迹加速度；
对所述轨迹加速度进行积分处理，获得轨迹速度；
对所述轨迹速度进行积分处理，获得轨迹位置，作为所述第一位置坐标点。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种基于鼠标的机器人位姿控制系统，包括：
数据采集模块，用于获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；
数据滤波模块，用于对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；
坐标点获取模块，用于将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；
坐标系转换模块，用于对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；
运动控制模块，用于根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动；
所述位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、y轴和z轴三个方向的旋转量。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种基于鼠标的机器人位姿控制装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
本发明的有益效果是：本发明通过外加六维鼠标获取数据，并采用三层PID控制器生成机器人的坐标点，进而生成机器人可运行的连续平顺轨迹，实现对机器人末端精准的位姿控制，可应用于各种场景下的机器人拖动示教。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中一种基于鼠标的机器人位姿控制方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中三层PID控制器的结构示意图；
图3是本发明实施例中x方向移动鼠标信号与控制轨迹速度比较图；
图4是本发明实施例中y方向移动鼠标信号与控制轨迹速度比较图；
图5是本发明实施例中z方向移动鼠标信号与控制轨迹速度比较图；
图6是本发明实施例中绕x方向旋转鼠标信号与控制轨迹速度比较图；
图7是本发明实施例中绕y方向旋转鼠标信号与控制轨迹速度比较图；
图8是本发明实施例中绕z方向旋转鼠标信号与控制轨迹速度比较图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，包括以下步骤：
S101、获取鼠标的位姿数据，鼠标安装在机器人的末端；位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、y轴和z轴三个方向的旋转量。
S102、对位姿数据进行滤波处理，获得控制信号。
可选地，结合FIR滤波和卡曼滤波对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号。
其中，FIR滤波的表达式为：
Figure BDA0002961948880000051
卡曼滤波的表达式为：
Yk＝GXk+(1-G)Yk-1
其中，k为时间节点；Uk为鼠标输入数据；Xk为FIR滤波结果；n为FIR序列数量；Yk为卡曼滤波预测值输出；G为卡曼滤波系数。
S103、将控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点。
该三层PID的第一层为位置环控制，第二层为速度环控制，第三层为加速度环控制；控制信号均输入第一层和第二层，第一层输出速度参考值至第二层，第二层输出加速度参考值至第三层。
具体地，在第一层中，执行以下步骤：
控制信号经过取符号操作转换成1或-1的信号，根据1或-1的信号获取Bang-Bang信号；
Bang-Bang信号通过放大系数进行放大后，获得位置信号作为位置控制的参考值；
根据参考值和实际位置信号获取位置误差；
位置误差经过位置环PID控制器后，获得速度参考值，将速度参考值输入第二层。
在第二层中，执行以下步骤：
根据预设范围，去除控制信号中不符合要求的数据，对剩余的数据取绝对值；
根据预设置的最大放大系数对取绝对值的信号进行放大；
将放大后的信号分成正限制信号和负限制信号，其中，正限制信号的极值限制保留不变，负限制信号的极值限制乘以-1，两路信号构成对称的正负限制信号；
将两路信号与速度参考值进行比较，超过速度限制的速度参考值被限制在速度极值上，保证通过鼠标控制的机器人的速度不会超过最大速度限制；
经过极值限制的速度参考值与实际速度进行比较，获得速度误差；
速度误差经过速度环PID控制器后，获得加速度参考值，将加速度参考值输入第三层。
在第三层中，执行以下步骤：
将加速度参考值与预设的加速度正限制和加速度负限制进行比较，确保加速度参考值限制在加速度正限制和加速度负限制之间；
限制后的加速度参考值与实际加速度进行比较，获得加速度误差；
加速度误差经过加速度环PID控制器后，获得加加速度参考值；
采用预设的加加速度限制对加加速度参考值进行限制处理；
对限制处理后的加加速度限制进行积分处理，获得轨迹加速度；
对轨迹加速度进行积分处理，获得轨迹速度；
对轨迹速度进行积分处理，获得轨迹位置，作为第一位置坐标点。
S104、对第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点。
S105、根据第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动。
以下结合附图2-8及具体实施例对上述方法进行详细解释说明。
本实施例提供一种基于六维鼠标对机器人位姿进行控制的方法，由于该鼠标获取6个模拟量，故简称为六维鼠标；另外，伺服电机运动控制不属于本实施例控制方法的内容，故不进行相关的赘述。具体包括以下步骤：
S1：通过USB获取六维鼠标的实时数据，数据包含Tx、Ty、Tz、Rx、Ry、Rz六个唯独的模拟量，其中Tx、Ty、Tz为xyz方向的移动量，Rx、Ry、Rz为环绕xyz方向的旋转量。
S2：对鼠标提供的实时数据进行滤波，采用FIR滤波与卡曼滤波结合的方式对信号进行处理。最终信号相对于原始信号更加平顺且对高频扰动信号有一定的滤除作用。
其滤波表达式为
Figure BDA0002961948880000061
Yk＝GXk+(1-G)Yk-1
其中k为时间节点；Uk为鼠标输入数据；Xk为FIR滤波结果；n为FIR序列数量；Yk为卡曼滤波预测值输出；G为卡曼滤波系数。
S3：经过S2完成滤波的平顺鼠标控制信号分离六个维度的信号，每个维度的信号分别输入一种改型的三层PID控制器，该三层PID控制器的结构如图2所示。该控制器使用机器人当前位置进行初始化，通过PID控制的方法实时的获取机器人离散的位置坐标点，实现对机器人位置精准的控制。
其中，步骤S3包括步骤S31-S33：
S31：第一层1为位置环控制，如图2中的部分1，控制输入为Bang-Bang信号。S2步骤获取到的平滑的鼠标控制信号经过取符号操作转换成1或-1的信号，构成Bang-Bang信号主体，然后Bang-Bang信号通过一个极大的放大系数放大形成位置环输入。该位置信号为位置控制的参考值，参考值与实际位置信号求差获取位置误差，误差经过带有KPKIKD参数的位置环PID控制器后成为速度参考值，传入速度环控制。
S32：第二层2为速度环控制，如图2中的部分2。获取步骤S2的原始结果，通过归一化去除鼠标数据极值限制，使信号成为-1至1之间的模拟量信号。随后数据取绝对值，去除符号，原始负象限的信号曲线全部翻转至正象限，信号范围变成从0到1。根据外部设置的最大速度限制对信号进行放大，放大系数为外部设置的最大速度。放大后的信号极值为0至最大值限制。此时信号将分两路输入与速度参考值整合，正方向的极值限制保留不变作为速度正限制，另一路极值限制乘以-1作为负限制，两路信号构成对称的正负限制信号。进一步的，正负限制信号与上述速度参考值比较，超过速度限制的参考值将被限制在速度极值上。这保证通过鼠标控制的机器人速度不会超过最大速度限制，通过动态的根绝鼠标模拟量对最大速度进行调整，实现根据鼠标信号量对与速度的调整。经过极值限制的速度控制参考值与实际速度进行比较计算获得目标速度误差，误差经过带有KPKIKD参数的位置环PID控制器后成为加速度参考值，传入加速度控制环。
S33：第三层3为加速度环控制，如图2中的部分3。在规划系统中，加速度参考值不直接受六维鼠标控制，此时参考值仅与外部设置的加速度正限制和加速度负限制进行比较，保证参考值再正负限制之间。限制后的加速度为加速度参考值，与实际加速度闭环形成加速度误差，经过带有KPKIKD参数的加速度环PID控制器后成为加加速度参考值，加加速度参考值同样由外部提供的加加速度限制保证加加速度参考值不超限。该系统为轨迹规划控制器，因此不存在实际物理被控系统。在理想状态下，实际加加速度应与加加速度参考值相等，所以，在此规划中，加加速度参考值经过值为1的虚拟系统后直接作为加加速度输出，经过积分后获得实际轨迹加速度，在此积分后获得实际轨迹速度，再次积分获的实际轨迹位置。此位置轨迹便是受由鼠标控制速度，满足外部加加速度，加速度以及速度限制的平滑运行轨迹。轨迹将作为控制信号输出。
三层运动控制PID在位置环，速度环，以及加速度环上分别有一个包含KPKIKD的完整PID控制，每一环不共享调节参数，独立调节。在调节时应保证系统在阶跃响应时尽可能低的响应时间，和尽可能低的系统超调。S3完整流程所包含的受六维鼠标影响的轨迹控制系统。
S4：由步骤S3生成的完整轨迹处于鼠标坐标系中，通过
Figure BDA0002961948880000071
进行坐标系转换。其中，
Figure BDA0002961948880000072
为机器人法兰盘至基座的转换关系，通过机器人正解获得；
Figure BDA0002961948880000073
由鼠标在机器人的安装位置决定，可通过标准5点法工具校准获取。
Figure BDA0002961948880000074
其中，[Rot]3*3为3×3的旋转矩阵，[Trans]3*1为3×1的位移矩阵。
S5：步骤S4的结果为受鼠标影响控制速度后在基坐标系下下一时刻的笛卡尔空间位置，为直接控制机器人关节，笛卡尔空间目标位置需通过机器人逆解获取各关节空间内的目标点位。
综上所述，S1至S5的步骤构成了本发明基于六维鼠标的位姿控制的方法。图3-图8展示了本实施例的控制方法在实际六个维度上的控制效果，其中，图3-图5展示了本方法沿xyz方向移动的控制，图6-图8展示了本方法绕xyz旋转的控制。本实施例的控制方法相对于现有的方法，具有如下优点：该控制方法通过位移信号控制机器人运动，操作者施力小，操作方便；该方法直接对位姿进行控制，末端控制精度更高；六维鼠标价格合理，产品性价比高。通过使用本项目描述的改型运动控制器，系统以控制的方式实现了根据鼠标实时信号实时生成运动轨迹，具有更好的运动平顺度以及更高的系统稳定性。
本实施例还提供一种基于鼠标的机器人位姿控制系统，包括：
数据采集模块，用于获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；
数据滤波模块，用于对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；
坐标点获取模块，用于将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；
坐标系转换模块，用于对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；
运动控制模块，用于根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动；
所述位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、y轴和z轴三个方向的旋转量。
本实施例的一种基于鼠标的机器人位姿控制系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
本实施例还提供一种基于鼠标的机器人位姿控制装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
本实施例的一种基于鼠标的机器人位姿控制装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。
本实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行本发明方法实施例所提供的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法的指令或程序，当运行该指令或程序时，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能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(可以是个人计算机，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、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；
对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；
将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；
对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；
根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动；
所述位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、v轴和z轴三个方向的旋转量。
2.根据权利要求1所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号，包括：
结合FIR滤波和卡曼滤波对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述FIR滤波的表达式为：
Figure FDA0002961948870000011
所述卡曼滤波的表达式为：
Yk＝GXk+(1-G)Yk-1
其中，k为时间节点；Uk为鼠标输入数据；Xk为FIR滤波结果；n为FIR序列数量；Yk为卡曼滤波预测值输出；G为卡曼滤波系数。
4.根据权利要求1所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述三层PID控制器的第一层为位置环控制，所述三层PID控制器的第二层为速度环控制，所述三层PID控制器的第三层为加速度环控制；
所述控制信号均输入所述第一层和所述第二层，所述第一层输出速度参考值至所述第二层，所述第二层输出加速度参考值至所述第三层。
5.根据权利要求4所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述第一层对所述控制信号进行以下操作：
所述控制信号经过取符号操作转换成1或-1的信号，根据所述1或-1的信号获取Bang-Bang信号；
所述Bang-Bang信号通过放大系数进行放大后，获得位置信号作为位置控制的参考值；
根据所述参考值和实际位置信号获取位置误差；
所述位置误差经过位置环PID控制器后，获得速度参考值，将所述速度参考值输入所述第二层。
6.根据权利要求5所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述第二层对所述控制信号进行以下操作：
根据预设范围，去除所述控制信号中不符合要求的数据，对剩余的数据取绝对值；
根据预设置的最大放大系数对取绝对值的信号进行放大；
将放大后的信号分成正限制信号和负限制信号，其中，正限制信号的极值限制保留不变，负限制信号的极值限制乘以-1，两路信号构成对称的正负限制信号；
将两路信号与所述速度参考值进行比较，超过速度限制的所述速度参考值被限制在速度极值上，保证通过鼠标控制的机器人的速度不会超过最大速度限制；
经过极值限制的速度参考值与实际速度进行比较，获得速度误差；
所述速度误差经过速度环PID控制器后，获得加速度参考值，将所述加速度参考值输入所述第三层。
7.根据权利要求6所述的一种基于鼠标的机器人位姿控制方法，其特征在于，所述第三层对输入的信号进行以下操作：
将所述加速度参考值与预设的加速度正限制和加速度负限制进行比较，确保加速度参考值限制在加速度正限制和加速度负限制之间；
限制后的加速度参考值与实际加速度进行比较，获得加速度误差；
所述加速度误差经过加速度环PID控制器后，获得加加速度参考值；
采用预设的加加速度限制对所述加加速度参考值进行限制处理；
对限制处理后的加加速度限制进行积分处理，获得轨迹加速度；
对所述轨迹加速度进行积分处理，获得轨迹速度；
对所述轨迹速度进行积分处理，获得轨迹位置，作为所述第一位置坐标点。
8.一种基于鼠标的机器人位姿控制系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于获取鼠标的位姿数据，所述鼠标安装在机器人的末端；
数据滤波模块，用于对所述位姿数据进行滤波处理，获得控制信号；
坐标点获取模块，用于将所述控制信号输入三层PID控制器，输出处于鼠标坐标系下离散的第一位置坐标点；
坐标系转换模块，用于对所述第一位置坐标点进行坐标系转换，获得机器人坐标系下的第二位置坐标点；
运动控制模块，用于根据所述第二位置坐标点控制机器人的各关节的运动；
所述位姿数据包括x轴、y轴和z轴三个方向的移动量，以及环绕x轴、y轴和z轴三个方向的旋转量。
9.一种基于鼠标的机器人位姿控制装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-7任一项所述方法。
10.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7任一项所述方法。
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