CN113119120B - 一种机器人的控制方法、装置及机器人 - Google Patents
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- CN113119120B CN113119120B CN202110343464.2A CN202110343464A CN113119120B CN 113119120 B CN113119120 B CN 113119120B CN 202110343464 A CN202110343464 A CN 202110343464A CN 113119120 B CN113119120 B CN 113119120B
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Abstract
本申请适用于人工智能技术领域，提供了一种机器人的控制方法、装置及机器人，其中，方法包括：获取机器人的手臂执行末端与机器人躯干之间相对参考位姿；在机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系；根据第一变换关系，确定机器人手臂关节的第一位姿；根据机器人当前手臂关节的第一位姿，调整机器人的手臂位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。可通过确定机器人运动过程中手臂执行末端与机器人肩部之间的变换关系，去调整机器人手臂的位姿，从而考虑到手臂在运动过程中的位姿的变换，使得机器人在运动过程中能做出对应准确的执行操作。
Description
技术领域
本申请属于人工智能技术领域，尤其涉及一种机器人的控制方法、装置及机器人。
背景技术
随着人工智能技术的快速发展，各种例如机器人等智能产品顺应而生，机器人在各个领域中发挥着越来越重要的工作，目前很多移动的机器人，如双足机器人在行走的过程中，机器人躯干的位姿会发生变换，且安装在躯干上的手臂末端位姿也会随之发生改变，会使得机器人在运动过程中不能准确的抓取物体。
目前，在机器人运动中，仅会考虑机器人躯干的变换位姿来对机器人运动过程中产生的影响，但机器人在运动过程中手臂的位姿可能会有不同的变换，使得机器人在运动过程中的手臂执行末端无法有效的做出对应准确的执行操作。
发明内容
本申请实施例提供了一种机器人的控制方法、装置及机器人，旨在解决现有机器人在运动过程中，未考虑到手臂在运动过程中的位姿可能会有变换，导致机器人在运动过程中不能做出对应准确的执行操作的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种机器人的控制方法，包括：
获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿；
在所述机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系；其中，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系；
根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿；
根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
在一个实施例中，所述获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿，包括：
获取所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵；所述第一变换矩阵为使所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵。
在一个实施例中，所述在所述机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系，包括：
在所述机器人运动过程中，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵；
检测运动过程中的力和力矩变换量；
根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿；
获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵；其中，所述第四变换矩阵为所述第一变换关系。
在一个实施例中，所述确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵，包括：
获取所述机器人第i-1时刻的第一机器人躯干位姿；
获取所述机器人第i时刻的第二机器人躯干位姿；
根据所述第一机器人躯干位姿和所述第二机器人躯干位姿，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵。
在一个实施例中，根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿，包括：
根据第i-1时刻和第i时刻机器人手臂执行末端的力和力矩变换量和预设映射关系，确定所述第一变换矩阵的调整参数；
根据所述调整参数对所述第一变换矩阵进行补偿。
在一个实施例中，所述根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵的计算公式为：
其中，所述
为所述第四变换矩阵，所述
为第二变换矩阵的逆矩阵，所述
为所述第三变换矩阵的逆矩阵，所述
为补偿后的第一变换矩阵。
在一个实施例中，所述获取所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵，包括：
获取所述机器人的手臂各关节预设的第二位姿；
根据所述第二位姿，确定所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵；
获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵。
在一个实施例中，所述根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵的计算公式为：
其中，
为第一变换矩阵，
为所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵，
为所述第三变换矩阵。
第二方面，本申请实施例提供了一种机器人的控制装置，包括：
获取模块，用于获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿；
第一确定模块，用于在所述机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系；其中，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系；
第二确定模块，用于根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿；
调整模块，用于根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
第三方面，本申请实施例提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述机器人的控制方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述机器人的控制方法的步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述现上述机器人的控制方法的步骤。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例可先获取机器人的手臂执行末端与机器躯干之间相对参考位姿；在机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与机器人肩部之间的第一变换关系；根据第一变换关系，可确定出机器人的手臂关节的第一位姿，根据机器人当前的手臂关节的第一位姿，调整手臂位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。由于在运动过程中，由于机器人的手臂执行末端与机器人肩部会有相对姿态的变换，但机器人肩部与机器人躯干之间由于机械结构固定不会有相对姿态的变换，因此可通过确定机器人运动过程中手臂执行末端与机器人肩部之间的变换关系，去调整机器人手臂的位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿，从而考虑到手臂相对躯干在运动过程中的姿态的变换，使得机器人在运动过程中能做出对应准确的执行操作。
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的机器人的控制方法的流程示意图；
图2是本申请一实施例提供的步骤S12的具体流程示意图；
图3是本申请一实施例提供的步骤S121的具体流程示意图；
图4是本申请一实施例提供的步骤S123的具体流程示意图；
图5是本申请一实施例提供的机器人的控制装置的结构示意图；
图6是本申请一实施例提供的机器人的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
本申请实施例提供的机器人的控制方法，可以应用于机器人，所述机器人可以是具有双足的服务机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等双足机器人。本申请实施例对机器人的具体类型不作任何限制。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过以下实施例来进行说明。
请参阅图1，本申请实施例提供的一种机器人的控制方法，包括：
步骤S11，获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿。
具体地，将机器人的手臂执行末端与机器人躯干之间需要保持的位姿作为机器人的手臂执行末端与机器人躯干之间相对的参考位姿，位姿包括位置和姿态。可根据实际应用场景中的机器人设置一个该机器人初始的手臂执行末端与机器人躯干之间相对的一个参考位姿。机器人在行走的过程中需要使得机器人的手臂执行末端与机器人躯干保持这个相对的参考位姿关系。
在一个实施例中，所述获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿，包括：获取所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵；所述第一变换矩阵为使所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵。
具体地，第一变换矩阵可以是齐次变换矩阵，在机器人学中可用齐次矩阵表示目标的位置和姿态，机器人的手臂执行末端与机器人躯干之间相对参考位姿可以是：机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵，称为第一变换矩阵。该第一变换矩阵表示机器人的手臂执行末端与机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵。此时这个第一变换矩阵是机器人在行走的过程中机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系需要稳定保持的相对位姿关系。
在一个实施例中，所述获取所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵，包括：获取所述机器人的手臂各关节预设的第二位姿；根据所述第二位姿，确定所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵；获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵。
具体地，机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵可以是通过一些初始数据计算获得，如可以是预先使得机器人的手臂运动至需要保持的位姿，此时获取机器人手臂关节的位姿(即上述第二位姿)，根据手臂关节的位姿可通过运动学确定出机器人的手臂执行末端坐标系与机器人肩部坐标系之间的齐次变换矩阵(即上述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵)，由于机器人的肩部坐标系与躯干坐标系之间是保持不变，可获取机器人肩部坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵(即上述第三变换矩阵)。根据机器人的手臂执行末端坐标系与机器人肩部坐标系之间的齐次变换矩阵，以及机器人肩部坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵可以确定出机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵。
在一个实施例中，所述根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵的计算公式为：
其中，
为第一变换矩阵，
为所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵，
为所述第三变换矩阵。
在具体应用场景中，预先建立机器人躯干坐标系{C}，建立机器人肩部坐标系{B}，建立机器人的手臂执行末端坐标系{E}，
为机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵，
为机器人的手臂执行末端坐标系与机器人肩部坐标系之间的齐次变换矩阵，
为机器人肩部坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵。
步骤S12，在所述机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系；其中，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系。
具体地，在机器人运动的过程中，确定当前时刻(第i时刻)机器人的手臂执行末端与机器人肩部之间的相对位姿关系。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S12包括步骤S121至步骤S125：
步骤S121，在所述机器人运动过程中，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵。
具体地，第i时刻和第i-1时刻之间的间隔可以是一个预设时间，在机器人运动过程中，可以每隔预设时间确定该时刻机器人坐标系与前一时刻机器人坐标系之间的齐次变换矩阵(即上述第二变换矩阵)。
在一个实施例中，如图3所示，上述步骤S121中确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵包括步骤S1211至步骤S1213：
步骤S1211，获取所述机器人第i-1时刻的第一机器人躯干位姿。
具体地，在机器人运动过程中，如双足机器人在行走过程中，获取在第i-1时刻机器人此时对应的机器人躯干的位姿称之为所述第一机器人躯干位姿。
步骤S1212，获取所述机器人第i时刻的第二机器人躯干位姿。
具体地，在机器人运动过程中，获取第i时刻机器人此时对应的机器人躯干的位姿，称之为第二机器人躯干位姿。
步骤S1213，根据所述第一机器人躯干位姿和所述第二机器人躯干位姿，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵。
具体地，如位姿可以通过X，Y，Z，Rx，Ry，Rz六个参数表示，其中X，Y和Z表示位置，Rx，Ry和Rz表示姿态，在第i-1时刻至第i时刻如机器人躯干在X，Y和Z三个方向上的相对位移为(Δx,Δy,Δz)，同时分别在第i-1时刻和第i时刻时，通过安装在机器人躯干上的惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)获取两次反馈机器人躯干的姿态角数据，并计算得到第i-1时刻和第i时刻之间的姿态变化量(ΔRx,ΔRy,ΔRz),根据相对位移(Δx,Δy,Δz)和姿态变化量(ΔRx,ΔRy,ΔRz)可确定出第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵(即上述第二变换矩阵)。
步骤S122，检测运动过程中的力和力矩变换量；
步骤S123，根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿。
具体地，如双足机器人在运动过程中，如脚触地时会产生较大的冲击，会对类似悬臂梁的机器人手臂产生影响。此时可通过安装在机器人手臂执行末端的六维力传感器检测力和力矩的数据确定出手臂末端的调整位姿，实时补偿手臂各关节的运动，以保证行走过程中手臂末端的稳定。可通过安装在手臂末端的六维力传感器检测到力和力矩，从而可确定出力和力矩的变化量(ΔF)，根据力和力矩的变换量对机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵进行补偿。
在一个实施例中，如图4所示，步骤S123包括步骤S1231至步骤S1232：
步骤S1231，根据第i-1时刻和第i时刻机器人手臂执行末端的力和力矩变换量和预设映射关系，确定所述第一变换矩阵的调整参数。
具体地，如第i-1时刻和第i时刻机器人手臂执行末端的力和力矩变换量为ΔF，力和力矩变换量为ΔF，ΔF包括三个方向上的力和三个方向上力矩的变换量，预设映射关系可表示为手臂执行末端力和力矩的变化量与手臂执行末端位姿的变化量之间的映射关系。如所述映射关系公式预设为：
其中，ΔX为包括手臂执行末端位姿在X，Y和Z三个方向的位移量，以及Rx，Ry和Rz三个方向的角度变化量对应的矩阵，
为ΔX的一阶导数，M-1为预设的质量矩阵的逆矩阵，B为预设的阻尼矩阵，K为预设的刚度矩阵，ΔF包括三个方向上的力和三个方向上力矩的变换量对应的矩阵，计算得到的
可表示是机器人运动过程中在X，Y的Z三个方向的线加速度和在Rx，Ry和Rz三个方向的角加速度。对
进行两次积分则得到手臂末端直接的位姿的调整量(包括X，Y和Z三个位置上的调整量和Rx，Ry和Rz三个姿态上的调整量)。该调整量为确定的第一变换矩阵的调整参数。
步骤S1232，根据所述调整参数对所述第一变换矩阵进行补偿。
具体地，通过映射关系公式得到
对
进行两次积分则得到手臂末端直接的位姿的调整量(包括X，Y和Z三个位置上的调整量和Rx，Ry和Rz三个姿态上的调整量)。将对应的调整量叠加到机器人的手臂执行末端坐标系与机器人躯干坐标系之间的齐次变换矩阵上即是对所述第一变换矩阵进行补偿。
步骤S124，获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵。
具体地，在机器人运动过程中，由机械结构不发生改变，所以躯干的移动不会使肩部坐标系{B}和躯干坐标系{C}之间的相对关系发生改变，所以这个关系在任意时刻都满足。
步骤S125，根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵；其中，所述第四变换矩阵为所述第一变换关系。
具体地，根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，可以每隔预设时间确定机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系下的第四变换矩阵；即可在机器人运动过程中，确定手臂执行末端与机器人肩部之间的相对位姿关系。
在一个实施例中，所述根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵的计算公式为：
其中，所述
为所述第四变换矩阵，所述
为第二变换矩阵的逆矩阵，所述
为所述第三变换矩阵的逆矩阵，所述
为补偿后的第一变换矩阵。
步骤S13，根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿。
具体地，第一变换关系为机器人在运动过程中，机器人的手臂执行末端相对于机器人肩部之间的相对位姿关系，根据该相对位姿关系可通过逆运动学确定得到手臂各个关节位姿。如第一变换关系为机器人的手臂执行末端坐标系与机器人肩部之间齐次变换矩阵(即上述第四变换矩阵)，根据逆运动学确定得到手臂各个关节位姿。
步骤S14，根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
具体地，根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿可以是：在机器人运动过程中，确定当前时刻(上述第i时刻)机器人手臂关节的位姿，调整机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。即将机器人运动过程中手臂各个关节的位姿作为参考输入控制手臂运动，实现通过手臂各关节的实时调整来保证末端的稳定控制。
在一个实施例中，检测机器人的运动状态结束时退出上述机器人的控制方法实现的步骤；继续运动可根据每个预设控制周期循环，不断的更新手臂的运动，从而保证手臂末端的相对稳定。
本申请实施例可先获取机器人的手臂执行末端与机器躯干之间相对参考位姿；在机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与机器人肩部之间的第一变换关系；根据第一变换关系，可确定出机器人的手臂关节的第一位姿，根据机器人当前的手臂关节的第一位姿，调整手臂位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。由于在运动过程中，由于机器人的手臂执行末端与机器人肩部会有相对姿态的变换，但机器人肩部与机器人躯干之间由于机械结构固定不会有相对姿态的变换，因此可通过确定机器人运动过程中手臂执行末端与机器人肩部之间的变换关系，去调整机器人手臂的位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿，从而考虑到手臂相对躯干在运动过程中的姿态的变换，使得机器人在运动过程中能做出对应准确的执行操作。
本申请实施例还提供一种机器人的控制装置，用于执行上述机器人的控制方法实施例中的步骤。机器人的控制装置可以是终端设备中的虚拟装置(virtual appliance)，由终端设备的处理器运行，也可以是终端设备本身。
如图5所示，本申请实施例提供的机器人的控制装置500包括：
获取模块501，用于获取所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间相对参考位姿；
第一确定模块502，用于在所述机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与所述机器人肩部之间的第一变换关系；其中，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系；
第二确定模块503，用于根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿；
调整模块504，用于根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
在一个实施例中，所示获取模块具体用于：获取所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵；所述第一变换矩阵为使所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵。
在一个实施例中，所示获取模块具体包括：
第一确定单元，用于在所述机器人运动过程中，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵；
检测单元，用于检测运动过程中的力和力矩变换量；
补偿单元，用于根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿；
第一获取单元，用于获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
第二确定单元，用于根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵；其中，所述第四变换矩阵为所述第一变换关系。
在一个实施例中，所示第一确定单元包括：
第一获取子单元，用于获取所述机器人第i-1时刻的第一机器人躯干位姿；
第二获取子单元，用于获取所述机器人第i时刻的第二机器人躯干位姿；
第一确定子单元，用于根据所述第一机器人躯干位姿和所述第二机器人躯干位姿，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵。
在一个实施例中，所示补偿单元包括：
第二确定子单元，用于根据第i-1时刻和第i时刻机器人手臂执行末端的力和力矩变换量和预设映射关系，确定所述第一变换矩阵的调整参数；
补偿子单元，用于根据所述调整参数对所述第一变换矩阵进行补偿。
在一个实施例中，所示第二确定单元的计算公式为：
其中，所述
为所述第四变换矩阵，所述
为第二变换矩阵的逆矩阵，所述
为所述第三变换矩阵的逆矩阵，所述
为补偿后的第一变换矩阵。
在一个实施例中，获取模块具体包括：
第二获取单元，用于获取所述机器人的手臂各关节预设的第二位姿；
第三确定单元，用于根据所述第二位姿，确定所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵；
第三获取单元，用于获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
第四确定单元，用于根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵。
在一个实施例中，所述第四计算单元的计算公式为：
其中，
为第一变换矩阵，
为所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵，
为所述第三变换矩阵。
本申请实施例可先获取机器人的手臂执行末端与机器躯干之间相对参考位姿；在机器人运动过程中，确定机器人的手臂执行末端与机器人肩部之间的第一变换关系；根据第一变换关系，可确定出机器人的手臂关节的第一位姿，根据机器人当前的手臂关节的第一位姿，调整手臂位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。由于在运动过程中，由于机器人的手臂执行末端与机器人肩部会有相对姿态的变换，但机器人肩部与机器人躯干之间由于机械结构固定不会有相对姿态的变换，因此可通过确定机器人运动过程中手臂执行末端与机器人肩部之间的变换关系，去调整机器人手臂的位姿，使得机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿，从而考虑到手臂相对躯干在运动过程中的姿态的变换，使得机器人在运动过程中能做出对应准确的执行操作。
如图6所示，本发明的一个实施例还提供一种机器人600包括：处理器601，存储器602以及存储在所述存储器602中并可在所述处理器601上运行的计算机程序603，例如机器人的控制程序。所述处理器601执行所述计算机程序603时实现上述各个机器人的控制方法实施例中的步骤。所述处理器601执行所述计算机程序603时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图5所示模块501至504的功能。
示例性的，所述计算机程序603可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器602中，并由所述处理器601执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序603在所述机器人600中的执行过程。例如，所述计算机程序603可以被分割成获取模块，第一确定模块，第二确定模块，调整模块，各模块具体功能在上述实施例中已有描述，此处不再赘述。
所述机器人600可以是具有移动功能的机器人，或者桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器601，存储器602。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是机器人600的示例，并不构成对机器人600的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器601可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器602可以是所述机器人600的内部存储单元，例如机器人600的硬盘或内存。所述存储器602也可以是所述机器人600的外部存储设备，例如所述机器人600上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器602还可以既包括所述机器人600的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器602用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器602还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通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，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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方案的目的。
另外，在本发明各个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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵；所述第一变换矩阵为使所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵；
在所述机器人运动过程中，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵；
检测运动过程中的力和力矩变换量；
根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿；
获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵；其中，所述第四变换矩阵为所述第一变换关系，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系；
根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿；
根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵，包括：
获取所述机器人第i-1时刻的第一机器人躯干位姿；
获取所述机器人第i时刻的第二机器人躯干位姿；
根据所述第一机器人躯干位姿和所述第二机器人躯干位姿，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿，包括：
根据第i-1时刻和第i时刻机器人手臂执行末端的力和力矩变换量和预设映射关系，确定所述第一变换矩阵的调整参数；
根据所述调整参数对所述第一变换矩阵进行补偿。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵的计算公式为：
其中，所述
为所述第四变换矩阵，所述
为第二变换矩阵的逆矩阵，所述
为所述第三变换矩阵的逆矩阵，所述
为补偿后的第一变换矩阵。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵，包括：
获取所述机器人的手臂各关节预设的第二位姿；
根据所述第二位姿，确定所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵；
获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；
根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述参考变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定所述机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵的计算公式为：
其中，
为第一变换矩阵，
为所述机器人手臂执行末端与所述机器人肩部之间的参考变换矩阵，
为所述第三变换矩阵。
7.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取获取所述机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第一变换矩阵；所述第一变换矩阵为使所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持相对参考位姿的变换矩阵；
第一确定模块，用于在所述机器人运动过程中，确定第i-1时刻机器人躯干坐标系与第i时刻机器人躯干坐标系之间的第二变换矩阵；检测运动过程中的力和力矩变换量；根据所述力和力矩变换量对所述第一变换矩阵进行补偿；获取所述机器人肩部坐标系与所述机器人躯干坐标系之间的第三变换矩阵；根据补偿后的第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，确定第i时刻机器人的手臂执行末端坐标系与所述机器人肩部坐标系之间的第四变换矩阵；其中，所述第四变换矩阵为所述第一变换关系，所述第一变换关系表示所述手臂执行末端与所述机器人肩部的相对位姿关系；
第二确定模块，用于根据所述第一变换关系，确定所述机器人手臂关节的第一位姿；
调整模块，用于根据所述机器人当前手臂关节的第一位姿，调整所述机器人的手臂位姿，使得所述机器人的手臂执行末端与所述机器人躯干之间保持所述相对参考位姿。
8.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
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