CN113128018A - 摩擦力计算方法、装置、机器人及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种摩擦力计算方法、装置、机器人及可读存储介质，涉及机器人技术领域。首先获得待处理关节的当前角速度，若该当前角速度在预设角速度范围内，则根据库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到待处理关节的摩擦力。其中，预设角速度范围包括0，在预设角速度范围内，调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，调整系数的绝对值的最大值不大于1，该摩擦力中包括库伦摩擦力与调整系数的乘积。由此，通过缩小低速区间内的库伦摩擦力，从而减小低速区间内的摩擦补偿力，以避免在待处理关节的速度过0时出现补偿突变的情况。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种摩擦力计算方法、装置、机器人及可读存储介质。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，机器人在工业生产中的应用也越来越广泛。谐波减速器具有传动比大、体积大、传动平稳无冲击的特点，机器人关节通常采用电机加谐波减速器的结构，然而传动过程中存在摩擦，对伺服系统有较大影响。因此，如何计算得到摩擦力以便进行摩擦补偿，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种摩擦力计算方法、装置、机器人及可读存储介质。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种摩擦力计算方法，应用于机器人，所述机器人中保存有摩擦模型，所述摩擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数，所述方法包括：
获得待处理关节的当前角速度；
判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内，所述预设角速度范围包括0；
在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，其中，在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，所述调整系数的绝对值的最大值不大于1，所述摩擦力包括所述库伦摩擦力与调整系数的乘积。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
在所述当前角速度不在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
在可选的实施方式中，所述库伦摩擦力包括正向库伦摩擦力及反向库伦摩擦力，所述粘性摩擦系数包括正向粘性摩擦系数及反向粘性摩擦系数，
所述在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，包括：
根据所述调整系数、当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力；
所述在所述当前角速度不在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，包括：
根据所述当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
在可选的实施方式中，所述获得待处理关节的当前角速度，包括：
根据所述待处理关节对应的速度指令信号，获得所述当前角速度。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
接收模型参数校正指令，获得所述待处理关节的至少一组测试数据，每组测试数据中包括角速度及该角速度对应的电流值；
根据所述至少一组测试数据，获得目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数；
根据所述目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数，对保存的所述摩擦模型中的库伦摩擦力及粘性摩擦系数进行校正更新。
在可选的实施方式中，所述库伦摩擦力包括正向库伦摩擦力及反向库伦摩擦力，所述粘性摩擦系数包括正向粘性摩擦系数及反向粘性摩擦系数，所述至少一组测试数据包括至少一组正向测试数据及至少一组反向测试数据，所述根据所述至少一组测试数据，获得库伦摩擦力及粘性摩擦系数，包括：
根据各组正向测试数据，通过最小二乘法计算得到正向库伦摩擦力及正向粘性摩擦系数；
根据各组反向测试数据，通过最小二乘法计算得到反向库伦摩擦力及反向粘性摩擦系数。
在可选的实施方式中，获得所述待处理关节的一组测试数据，包括：
在向所述待处理关节提供一电流值为预设值的电流后，等待预设时长；
记录预设次数的所述待处理关节在不同位置的速度值；
根据获得的多个速度值计算得到所述待处理关节在当前电流作用下的角速度，并记录当前的电流值、电流方向及角速度。
第二方面，本申请实施例提供一种摩擦力计算装置，应用于机器人，所述机器人中保存有摩擦模型，所述摩擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数，所述装置包括：
速度获取模块，用于获得待处理关节的当前角速度；
判断模块，用于判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内，所述预设角速度范围包括0；
计算模块，用于在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，其中，在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，所述调整系数的绝对值的最大值不大于1，所述摩擦力包括所述库伦摩擦力与调整系数的乘积。
第三方面，本申请实施例提供一种机器人，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现前述实施方式任一项所述的摩擦力计算方法。
第四方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施方式任一项所述的摩擦力计算方法。
本申请实施例提供的摩擦力计算方法、装置、机器人和可读存储介质，首先获得待处理关节的当前角速度，然后判断该当前角速度是否在预设角速度范围内。若在，则根据库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度计算得到该待处理关节的摩擦力。其中，预设角速度范围为包括0的低速区间，在预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，调整调整的绝对值的最大值不大于1，该摩擦力中包括库伦摩擦力与调整系数的乘积。由此，通过调整系数缩小低速区间内的库伦摩擦力，从而减小低速区间内的摩擦补偿力，以避免在待处理关节的速度过0时出现补偿突变的情况。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是现有的摩擦模型示意图；
图2是本申请实施例提供的机器人的方框示意图；
图3是本申请实施例提供的摩擦力计算方法的流程示意图之一；
图4是本申请实施例提供的摩擦补偿的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的摩擦力计算方法的流程示意图之二；
图6是本申请实施例提供的上位机界面示意图；
图7是本申请实施例提供的摩擦力计算装置的方框示意图。
图标：100-机器人；110-存储器；120-处理器；130-通信单元；200-摩擦力计算装置；210-速度获取模块；220-判断模块；230-计算模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对于位置跟踪，摩擦对伺服系统性能的影响主要有：出现极限环振荡现象；系统响应出现死区特性，速度跟随在零速附近响应之后(速度换向出现死区)，位置跟踪出现“平顶”现象(存在稳态误差)等，因此必须尽量在控制过程中克服摩擦的影响。通常会根据摩擦的原理建立摩擦模型，测量得到模型参数，然后根据系统状态估计摩擦力的大小方向，实时对系统的摩擦进行补偿。
目前通常采用“库伦+粘性摩擦模型”描述关节的摩擦力，该摩擦模型可以表示为：Tf＝Tc sgn(ω)+b*ω，其中，Tf表示摩擦力，Tc表示库伦摩擦力，ω表示角速度，b表示粘性摩擦系数，Tf、ω为矢量，Tc、b为标量。常用摩擦模型的具体示意图如图1所示(图1中的Force表示摩擦力，Velocity表示速度，即角速度)。由常用摩擦模型的表达式及示意图可知，在角速度过0时，摩擦力为正负库伦摩擦力，也就是说，在角速度过0时，基于该常用摩擦模型计算得到的摩擦力会突变。由于补偿是根据计算得到的摩擦力进行的，若摩擦力突变，补偿也会突变。由此可知，基于常用的摩擦模型进行摩擦补偿时，在关节的速度过0时会出现补偿突变的情况，该方式并不能对关节的摩擦进行准确补偿。
针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得到的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。
请参照图2，图2是本申请实施例提供的机器人100的方框示意图。所述机器人100在角速度在预设角速度范围内时，根据库伦摩擦力与调整系数的乘积，计算得到摩擦力。该调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，调整系数的绝对值的最大值不大于1，预设角速度范围包括0。由此，通过调整系数缩小低速区间内的库伦摩擦力，从而减小低速区间内的摩擦补偿力，以避免在待处理关节的速度过0时出现补偿突变的情况。
所述机器人100包括存储器110、处理器120及通信单元130。所述存储器110、处理器120以及通信单元130各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
其中，存储器110用于存储程序或者数据。所述存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)等。
处理器120用于读/写存储器110中存储的数据或程序，并执行相应地功能。比如，存储器110中存储有摩擦力计算装置200，所述摩擦力计算装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中的软件功能模块。所述处理器120通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模块，如本申请实施例中的摩擦力计算装置200，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的摩擦力计算方法。
通信单元130用于通过网络建立所述机器人100与其它通信终端之间的通信连接，并用于通过所述网络收发数据。
应当理解的是，图2所示的结构仅为机器人100的结构示意图，所述机器人100还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
请参照图3，图3是本申请实施例提供的摩擦力计算方法的流程示意图之一。所述方法应用于所述机器人100。下面对摩擦力计算方法的具体流程进行详细阐述。
步骤S110，获得待处理关节的当前角速度。
步骤S120，判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内。
步骤S130，在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
在本实施例中，所述机器人100中可存储各关节对应的摩擦模型。摩擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数等，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，调整系数的绝对值的最大值不大于1。当某个关节处于工作状态，需要计算该关节的摩擦力时，首先可获得该关节的当前角速度，然后判断该当前角速度是否在预设角速度范围内。其中，该预设角速度范围为预设的低速区间，可根据实际需求设置，该预设角速度范围内包括0。可选地，该预设角速度范围为(-vs,vs)，vs≥0。若该当前角速度在预设角速度范围内，表示当前角速度为低速，此时则可根据库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到该关节的摩擦力。其中，该关节的摩擦力中包括库伦摩擦力与调整系数的乘积。由此，可通过调整系数缩小低速区间内的库伦摩擦力，从而减小低速区间内的摩擦补偿力，以避免在待处理关节的速度过0时出现补偿突变的情况。
在本实施例中，请再次参照图3，若所述当前角速度不在所述预设角速度范围内，所述方法还可以包括步骤S140。
步骤S140，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
在当前角速度不所述预设角速度范围时，表示当前角速度不是低速，此时则可根据库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到该处理关节的摩擦力。在该计算过程中，不使用调整系数。由此，可在整个速度范围内准确计算得到摩擦力，进而对关节的摩擦进行准确补偿。
可选地，在需要计算待处理关节的摩擦力时，可将传感器反馈的速度，作为该待处理关节的当前角速度。
可选地，还可以获取所述待处理关节对应的速度指令信号，并将该速度指令信号中的角速度作为所述待处理关节的当前角速度。由此，可及时获得当前角速度，没有滞后；同时可避免通过速度反馈获得角速度时，由于获得的角速度噪声大，导致补偿抖动；还可以不受死区特性的影响，避免当通过速度反馈获得角速度时，由于该角速度在速度死区，不进行摩擦补偿而对关节导致不利影响。
在本实施例中，所述库伦摩擦力可以包括正向库伦摩擦力、反向库伦摩擦力，所述粘性摩擦系数可以包括正向粘性摩擦系数、反向粘性摩擦系数。若所述当前角速度在所述预设角速度范围内，则可以根据所述调整系数、当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力。也就是说，当所述当前角速度在所述预设角速度范围内、且该当前角速度为非反向的速度时，根据由当前角速度计算得到的调整系数、当前角速度、正向库伦摩擦力、正向粘性摩擦系数，计算得到该待处理关节的摩擦力。当所述当前角速度在所述预设角速度范围内、且该当前角速度为反向的速度时，根据由当前角速度计算得到的调整系数、当前角速度、反向库伦摩擦力、反向粘性摩擦系数，计算得到该待处理关节的摩擦力。
若所述当前角速度不在所述预设角速度范围内，则可以根据当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力。也就是说，当所述当前角速度不在所述预设角速度范围内、且该当前角速度为非反向的速度时，根据当前角速度、正向库伦摩擦力、正向粘性摩擦系数，计算得到该待处理关节的摩擦力。当所述当前角速度不在所述预设角速度范围内、且该当前角速度为反向的速度时，根据当前角速度、反向库伦摩擦力、反向粘性摩擦系数，计算得到该待处理关节的摩擦力。
由此，可准确计算得到关节的摩擦力，避免无论是在计算正向摩擦力还是反向摩擦力时，都使用相同的库伦摩擦力及粘性摩擦系数，导致摩擦力计算不准确。
在本实施例中，当角速度在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关。进一步地，可根据角速度及一个非线性函数计算得到调整系数。由此，可通过非线性函数减小库伦摩擦力，使得角速度接近于0时，平滑过渡；角速度为0时，摩擦力补偿为0，从而避免补偿突变。其中，该非线性函数根据实际需求设置。
可选地，作为一种实施方式，所述机器人100中包括的摩擦模型为：
其中，Fs(v)表示摩擦力，FNc表示反向库伦摩擦力，μN表示反向粘性摩擦系数，v表示角速度，Fpc表示正向库伦摩擦力，μp表示正向粘性摩擦系数，vs表示预设速度。FNc、μN、Fpc、μp、vs均为标量，均大于等于0；Fs(v)、v为矢量。
请参照图4，图4是本申请实施例提供的摩擦补偿的结构示意图。在通过速度信号指令获得给定速度后，可将该给定速度作为当前角速度，然后结合设置好的补偿增益以及摩擦模型，进行摩擦补偿。ASR(Automatic Speed Regulator，速度调节器)根据速度信号指令、反馈速度进行速度调整。上层控制器可以通过调整补偿增益，避免摩擦补偿过大或过小。
请参照图5，图5是本申请实施例提供的摩擦力计算方法的流程示意图之二。所述方法还包括步骤S101～步骤S103。
步骤S101，接收模型参数校正指令，获得所述待处理关节的至少一组测试数据。
步骤S102，根据所述至少一组测试数据，获得目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数。
步骤S103，根据所述目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数，对保存的所述摩擦模型中的库伦摩擦力及粘性摩擦系数进行校正更新。
在本实施例中，该模型参数校正指令可以是通过接收人为输入操作或其他设备发送指令的方式获得的，也可以是机器人100间隔一定时间自动生成的，或通过其他方式得到的。
在获得校正待处理关节的摩擦模型的模型参数的指令后，可预热该待处理关节，以便是在待处理关节正常工作的状态下，获得该待处理关节新的库伦摩擦力(即目标库伦摩擦力)及新的粘性摩擦系数(即目标粘性摩擦系数)。可选地，预热方式可以是，以待处理关节的正常运行速度，使待处理关节运行一段时间。比如，用50％额定转速运行待处理关节1分钟。
接着使伺服系统工作于电流环，并向所述待处理关节提供一电流值为预设电流值的电流。然后等待预设时长，以使待处理关节在该电流下转速稳定。其中，该预设时长可根据实际需求设置，比如，设置为0.5s。在等待预设时长后，可记录预设次数的该待处理关节在不同位置的速度值。最后根据获得的多个速度值计算得到该待处理关节在当前电流作用下的角速度，并记录当前的电流值、电流方向及角速度，以作为一组测试数据。
比如，分别在四个位置处：0°、90°、180°、270°，记录速度值，每个位置记录5次速度值。由此，可获得20个速度值，基于该20个速度值的平均值、速度的方向，可获得待处理关节在当前电流作用的角速度。其中，该20个速度值的平均值为角速度的角速度值(角速度值为标量)。
可选地，每记录一个位置的一次速度值，可对该位置的记录次数进行加1的更新操作，并判断更新后的记录次数是否大于预设记录次数(比如，5次)。若各位置的更新后的记录大于预设次数，则可根据记录的数据获得一组测试数据。
调整电流，并重复以上操作，即可获得多组测试数据。
可选地，可设置电流依次增大0.1A，然后根据预设组数计算得到最大电流。其中，当增大后的电流大于最大电流后，即可确定已获得预设组数的测试数据，此时可停止数据采集。在数据采集时，可首先给定一初始电流，接着判断初始电流是否大于最大电流。在不大于时，开始计时，在时长大于预设时长时，在各位置获得预设次数的电流值，以计算得到在当前电流下的角速度。然后，在初始电流基础上增大0.1A，重复以上步骤，以获得多组测试数据。直到增大后的电流大于最大电流时，停止数据采集。
在进行摩擦补偿时，是通过电流前馈的方式，因此可以将力描述成电流。在伺服系统工作于电流环时，有：
Tf＝Tc sgn(ω)+b*ω
其中，Te表示电机输出力矩，J表示转动惯量。
由于每组测试数据中的角速度是稳定的角速度，因此
为0，有：Te＝Tf＝Tc sgn(ω)+b*ω。
可选地，可根据获得的至少一组测试数据，结合Te＝Tc sgn(ω)+b*ω，通过最小二乘法拟合成一次函数，从而得到目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数，并将该目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数保存为摩擦模型中的库伦摩擦力及粘性摩擦系数。
摩擦的特性是比较复杂的，随着温度或机械结构的状态变化。通过上述方式，在需要时，即可方便地对各关节的摩擦模型的模型参数进行校正，避免机器人100出厂被使用一段时间后，由于摩擦模型的模型参数与实际情况不符而导致摩擦力计算不准确，进而导致不能准确进行摩擦补偿。同时还可以方便地对每一个新装配的关节进行模型参数校正。
在本实施例中，所述库伦摩擦力包括正向库伦摩擦力、反向库伦摩擦力，粘性摩擦系数包括正向粘性摩擦系数、反向粘性摩擦系数。所述至少一组测试数据包括至少一组正向测试数据、至少一组反向测试数据，可根据根据各组正向测试数据，通过最小二乘法计算得到正向库伦摩擦力及正向粘性摩擦系数；根据各组反向测试数据，通过最小二乘法计算得到反向库伦摩擦力及反向粘性摩擦系数。
可选地，可分别在正向、负向分别给定多个不同的电流值，然后在待处理关节的速度稳定后(比如，等待0.5s后)，以上述数据采集方式采集每个电流对应的角速度。最后，根据获得的多组测试数据，获得正向库伦摩擦力、正向粘性摩擦系数、反向库伦摩擦力、反向粘性摩擦系数。比如，在正负反向分别给定4个不同电流值；然后采集得到4组正向的电流-速度数据、4组反向的电流-速度数据；最后将4组正向的电流-速度数据用最小二乘法拟合成一次线性函数，从而得到正向库伦摩擦力、正向粘性摩擦系数；并将4组反向的电流-速度数据用最小二乘法拟合成一次线性函数，从而得到反向库伦摩擦力、反向粘性摩擦系数。
参照图6，图6是本申请实施例提供的上位机界面示意图。可选地，上位机可通过485串口线与关节通信，发送校正摩擦模型的模型参数的命令，并读取校正后的模型参数，判断是否重新校正。上位机的界面可如图6所示，点击开始校正，则关节进入校正模式，此时status显示为黄色。校正成功后，参数自动显示在界面上，此时status显示为绿色。若校正失败，则status显示为红色，此时可再一次点击开始校正，上一次校正得到的参数则清空，待校正完成后，点击保存参数，可将该参数保存至该关节的摩擦模型中，下一次上电将会加载新的模型参数。
本申请实施例通过改进传统的摩擦模型，使得零速附近，速度方向切换时，位置型关节的摩擦能得到无跳变、准确的补偿。并且，使用根据速度信号指令确定当前角速度的方式进行补偿，使得补偿项更加平滑。同时，还可以重新校正摩擦模型的模型参数，得到更准确的补偿效果，该方式还可以准确简单地辨识每一个关节的摩擦模型，换一个硬件配置的关节也可以快速获得其摩擦模型。配合上位机的简明操作，使得任何人都可以简单校正摩擦模型。
为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种摩擦力计算装置200的实现方式，可选地，该摩擦力计算装置200可以采用上述图2所示的机器人100的器件结构。进一步地，请参照图7，图7是本申请实施例提供的摩擦力计算装置200的方框示意图。需要说明的是，本实施例所提供的摩擦力计算装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述摩擦力计算装置200应用于机器人100，所述机器人100中保存有摩擦模型，该磨擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数。该摩擦力计算装置200可以包括：速度获取模块210、判断模块220及计算模块230。
所述速度获取模块210，用于获得待处理关节的当前角速度。
所述判断模块220，用于判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内，所述预设角速度范围包括0。
所述计算模块230，用于在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力。其中，在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，所述调整系数的绝对值的最大值不大于1，所述摩擦力包括所述库伦摩擦力与调整系数的乘积。
可选地，上述模块可以软件或固件(Firmware)的形式存储于图2所示的存储器110中或固化于该机器人100的操作系统(Operating System，OS)中，并可由图1中的处理器120执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器110中。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的摩擦力计算方法。
综上所述，本申请实施例提供一种摩擦力计算方法、装置、机器人及可读存储介质。首先获得待处理关节的当前角速度，然后判断该当前角速度是否在预设角速度范围内。若在，则根据库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度计算得到该待处理关节的摩擦力。其中，预设角速度范围为包括0的低速区间，在预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，调整调整的绝对值的最大值不大于1，该摩擦力中包括库伦摩擦力与调整系数的乘积。由此，通过调整系数缩小低速区间内的库伦摩擦力，从而减小低速区间内的摩擦补偿力，以避免在待处理关节的速度过0时出现补偿突变的情况。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、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，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，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，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块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，本申请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)执行本申请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。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种摩擦力计算方法，其特征在于，应用于机器人，所述机器人中保存有摩擦模型，所述摩擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数，所述方法包括：
获得待处理关节的当前角速度；
判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内，所述预设角速度范围包括0；
在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，其中，在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，所述调整系数的绝对值的最大值不大于1，所述摩擦力包括所述库伦摩擦力与调整系数的乘积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述当前角速度不在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述库伦摩擦力包括正向库伦摩擦力及反向库伦摩擦力，所述粘性摩擦系数包括正向粘性摩擦系数及反向粘性摩擦系数，
所述在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，包括：
根据所述调整系数、当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力；
所述在所述当前角速度不在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，包括：
根据所述当前角速度以及与所述当前角速度同向的库伦摩擦力、粘性摩擦系数，计算得到所述待处理关节的摩擦力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得待处理关节的当前角速度，包括：
根据所述待处理关节对应的速度指令信号，获得所述当前角速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收模型参数校正指令，获得所述待处理关节的至少一组测试数据，每组测试数据中包括角速度及该角速度对应的电流值；
根据所述至少一组测试数据，获得目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数；
根据所述目标库伦摩擦力及目标粘性摩擦系数，对保存的所述摩擦模型中的库伦摩擦力及粘性摩擦系数进行校正更新。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述库伦摩擦力包括正向库伦摩擦力及反向库伦摩擦力，所述粘性摩擦系数包括正向粘性摩擦系数及反向粘性摩擦系数，所述至少一组测试数据包括至少一组正向测试数据及至少一组反向测试数据，所述根据所述至少一组测试数据，获得库伦摩擦力及粘性摩擦系数，包括：
根据各组正向测试数据，通过最小二乘法计算得到正向库伦摩擦力及正向粘性摩擦系数；
根据各组反向测试数据，通过最小二乘法计算得到反向库伦摩擦力及反向粘性摩擦系数。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获得所述待处理关节的一组测试数据，包括：
在向所述待处理关节提供一电流值为预设值的电流后，等待预设时长；
记录预设次数的所述待处理关节在不同位置的速度值；
根据获得的多个速度值计算得到所述待处理关节在当前电流作用下的角速度，并记录当前的电流值、电流方向及角速度。
8.一种摩擦力计算装置，其特征在于，应用于机器人，所述机器人中保存有摩擦模型，所述摩擦模型的模型参数包括库伦摩擦力、粘性摩擦系数及调整系数，所述装置包括：
速度获取模块，用于获得待处理关节的当前角速度；
判断模块，用于判断所述当前角速度是否在预设角速度范围内，所述预设角速度范围包括0；
计算模块，用于在所述当前角速度在预设角速度范围内时，根据所述库伦摩擦力、粘性摩擦系数、调整系数及当前角速度，计算得到所述待处理关节的摩擦力，其中，在所述预设角速度范围内，所述调整系数的绝对值与角速度的绝对值正相关，所述调整系数的绝对值的最大值不大于1，所述摩擦力包括所述库伦摩擦力与调整系数的乘积。
9.一种机器人，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现权利要求1-7任一项所述的摩擦力计算方法。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的摩擦力计算方法。
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