CN113733079B

CN113733079B - 机器人安装角度校验方法、装置以及计算机存储介质

Info

Publication number: CN113733079B
Application number: CN202010478707.9A
Authority: CN
Inventors: 叶根
Original assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Current assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN113733079A

Abstract

本申请提供了一种机器人安装角度校验方法、装置以及计算机存储介质。该机器人安装角度校验方法包括：获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度；获取机器人的重力加速度矢量；根据质量参数、重力加速度矢量以及轴角度计算机器人的重力矩；获取机器人的静摩擦力矩；根据静摩擦力矩和重力矩计算得到理论力矩；采集机器人的反馈力矩，并比较反馈力矩和理论力矩；当反馈力矩和理论力矩的差值小于预设阈值时，机器人的安装角度校验成功。本申请的机器人安装角度校验方法不需要引入额外的传感器，保证了安装角度的正确性，防止安全事故。

Description

机器人安装角度校验方法、装置以及计算机存储介质

技术领域

本申请涉及机器人应用技术领域，特别是涉及一种机器人安装角度校验方法、装置以及计算机存储介质。

背景技术

在实际应用中，工业机器人常常需要在非常规的安装角度下工作，例如侧装、倒装或者安装在一个任意角度的倾斜面上工作。

此时，很多依赖机器人动力学算法的功能，如拖动示教、碰撞检测、软浮动等，则需要用户输入安装角度，或者由外部传感器输入一个安装角度。如果输入的安装角度不正确，那么动力学公式中计算出来的重力力矩将会是错误的，从而导致这些依赖动力学算法的功能将会全部性能下降或者失效，甚至有可能会引起机器人的非正常运动，从而损坏设备或者危及操作者的人身安全。

发明内容

本申请提供了一种机器人安装角度校验方法、装置以及计算机存储介质，主要解决的技术问题是如何保证安装角度的正确性，防止安全事故。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种机器人安装角度校验方法，所述机器人安装角度校验方法包括：

获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度；

获取所述机器人的重力加速度矢量；

根据所述质量参数、所述重力加速度矢量以及所述轴角度计算所述机器人的重力矩；

获取所述机器人的静摩擦力矩；

根据所述静摩擦力矩和所述重力矩计算得到理论力矩；

采集所述机器人的反馈力矩，并比较所述反馈力矩和所述理论力矩；当所述反馈力矩和所述理论力矩的差值小于预设阈值时，所述机器人的安装角度校验成功。

其中，所述获取所述机器人的重力加速度矢量的步骤，包括：

获取所述机器人的安装姿态角，并根据所述安装姿态角标定所述重力加速度矢量。

其中，所述根据所述静摩擦力矩和所述重力矩计算得到所述理论力矩的步骤，包括：

获取所述机器人的最大静摩擦力矩；

根据所述最大静摩擦力矩和所述重力矩计算得到所述理论力矩。

其中，所述理论力矩包括第一理论力矩和第二理论力矩；

所述根据所述最大静摩擦力矩和所述重力矩计算得到所述理论力矩的步骤，包括：

将所述重力矩与所述最大静摩擦力矩的和作为所述第一理论力矩；

将所述重力矩与所述最大静摩擦力矩的差作为所述第二理论力矩；

所述当所述反馈力矩和所述理论力矩的差值小于预设阈值时，所述机器人的安装角度校验成功的步骤，包括：

当所述反馈力矩的数值小于所述第一理论力矩的数值，且所述反馈力矩的数值小于所述第二理论力矩的数值时，所述机器人的安装角度校验成功。

其中，所述比较所述反馈力矩和所述理论力矩的步骤，包括：

当所述反馈力矩的数值等于或大于所述第一理论力矩的数值，和/或所述反馈力矩的数值等于或大于所述第二理论力矩的数值时，所述机器人的安装角度校验失败，提示用户重新标定所述机器人。

其中，所述轴角度包括所述机器人的多个轴的轴角度。

其中，所述采集所述机器人的反馈力矩的步骤包括：

在预设时间内采集多组所述机器人的力矩数据，并按照预设规则从所述多组力矩数据中选择所述机器人的反馈力矩。

其中，所述按照预设规则从所述多组力矩数据中选择所述机器人的反馈力矩的步骤，包括：

将所述多组力矩数据的均值作为所述机器人的反馈力矩；

或者，将所述多组力矩数据的众数作为所述机器人的反馈力矩；

或者，将所述多组力矩数据的中位数作为所述机器人的反馈力矩。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种机器人安装角度校验装置，所述机器人安装角度校验装置包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；

其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的机器人安装角度校验方法。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现如上述的机器人安装角度校验方法。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：机器人安装角度校验装置获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度；获取机器人的重力加速度矢量；根据质量参数、重力加速度矢量以及轴角度计算机器人的重力矩；获取机器人的静摩擦力矩；根据静摩擦力矩和重力矩计算得到理论力矩；采集机器人的反馈力矩，并比较反馈力矩和理论力矩；当反馈力矩和理论力矩的差值小于预设阈值时，机器人的安装角度校验成功。在整个计算过程中，不需要引入额外的传感器，保证了安装角度的正确性，防止安全事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。其中：

图1是本申请提供的机器人安装角度校验方法第一实施例的流程示意图；

图2是本申请提供的机器人安装角度校验方法第二实施例的流程示意图；

图3是本申请提供的机器人安装角度校验方法第三实施例的流程示意图；

图4是本申请提供的机器人安装角度校验装置一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的机器人安装角度校验装置另一实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在实际应用中，工业机器人常常需要在非常规的安装角度下工作。在工作之前，工作人员一般会给工业机器人设定所需要的安装角度以及使得工业机器人能够以该安装角度静止不动的反馈力矩。由于工业机器人设定的反馈力矩需要抵消外部对工业机器人产生的力矩，从而使得工业机器人可以稳定工作。工业机器人设定的反馈力矩取决与工作人员给工作机器人设定的安装角度，因此，设定的安装角度不正确，工业机器人会产生非正常运动，从而损坏设备或危及操作者的人身安全。

现有的机器人控制系统一般是通过引入了外部倾角传感器来对工作人员输入的或者标定出来的安装角度进行校验。一般工作人员输入的或者标定出来的安装角度和外部倾角传感器给出的倾角相差超过了一定的阈值，则会报警要求用户重新输入，或者重新标定，确保之后应用动力学的相关功能的有效性以及保证操作者安全。

现有的机器人控制系统引入了外部倾角传感器的问题在于：(1)给机器人控制系统引入了成本；(2)给机器人控制系统引入了复杂度，外部倾角传感器设备需要安装和维护，而且一旦传感器损坏，将无法进行校验功能，后续的动力学功能将全部无法适用。

为了解决上述技术问题，本申请提出了一种在不引入外部倾角传感器的前提下，对机器人的安装角度进行校验的方法，具体请参阅图1，图1是本申请提供的机器人安装角度校验方法第一实施例的流程示意图。本申请的机器人安装角度校验方法应用于一种机器人安装角度校验装置，可以为例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电脑或者可穿戴设备等终端设备，也可以是工业机器人。在下述实施例的描述中，统一使用校验装置作为执行主体进行机器人安装角度校验方法的描述。

如图1所示，本实施例的机器人安装角度校验方法具体包括以下步骤：

S101：获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度。

其中，校验装置获取机器人的质量参数以及机器人静止在工作区域时的轴角度。关于机器人的质量参数，校验装置可以直接获取机器人出厂时标定的质量参数。关于机器人的轴角度，校验装置可以根据设置的安装角度以及机器人上各轴与机器人本体之间的角度关系计算。

S102：获取机器人的重力加速度矢量。

S103：根据质量参数、重力加速度矢量以及轴角度计算机器人的重力矩。

S104：获取机器人的静摩擦力矩。

S105：根据静摩擦力矩和重力矩计算得到理论力矩。

其中，校验装置根据S101中获取的质量参数以及轴角度计算机器人保持静止状态所需要的理论力矩。

具体地，机器人的理论力矩可以包括重力矩和静摩擦力矩。假设机器人不收到外部作用力，机器人的逆动力学模型的一般形式如下：

其中，τ为电机输出力矩，即本实施例中的理论力矩，G(q)为重力矩，

为摩擦力矩，

为惯性力项，

为离心力与科氏力项。其中，G(q)项中包含重力加速度方向向量在机器人基础坐标系中的表达，假设为

因此，要想在任意安装方式下都能使该动力学方程成立，校验装置必须首先标定正确的

在本实施例中，校验装置可以获取机器人的安装姿态角，即机器人的安装角度，并通过安装姿态角来间接计算重力加速度方向向量

在机器人基座坐标系中的表达。校验装置也可以假设机器人电机上电时已经正确标定过重力加速度在机器人基座坐标系中的向量

标定重力加速度方向向量

后，将该向量代入动力学方程中计算当前机器人的理论力矩。

机器人初始上电时，机器人处于静止状态，所以

惯性力项、离心力与科氏力项都是0，因此，机器人的理论力矩只取决于重力矩和静摩擦力矩。具体如下：

其中，τ为电机输出力矩，

为重力矩，F_s为静摩擦力矩。

校验装置一方面根据机器人的质量参数以及标定的向量

计算出重力矩，另一方面根据机器人的轴角度计算出静摩擦力矩。然后，校验装置根据重力矩和静摩擦力矩之和得到机器人的理论力矩。

S106：采集机器人的反馈力矩，并比较反馈力矩和理论力矩；当反馈力矩和理论力矩的差值小于预设阈值时，机器人的安装角度校验成功。

其中，校验装置给机器人上电，然后连续采集机器人的实时反馈力矩，以得到反馈力矩数据。进一步地，校验装置预设一差值阈值；差值阈值表征实际情况与理论情况之间允许存在的误差范围，例如，实际反馈力矩与理论力矩的差值在差值阈值范围内时，认为实际反馈力矩满足机器人的工作要求。

具体地，校验装置比较实际的反馈力矩和上述步骤计算得到的理论力矩。若反馈力矩和理论力矩的差值小于差值阈值时，校验装置判定机器人的安装角度校验成功。若反馈力矩和理论力矩的差值大于或等于差值阈值时，校验装置判定机器人的安装角度校验失败，说明标定的重力加速度方向向量

不正确，提示工作人员需要重新标定。

在本实施例中，校验装置获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度；获取机器人的重力加速度矢量；根据质量参数、重力加速度矢量以及轴角度计算机器人的重力矩；获取机器人的静摩擦力矩；根据静摩擦力矩和重力矩计算得到理论力矩；采集机器人的反馈力矩，并比较反馈力矩和理论力矩；当反馈力矩和理论力矩的差值小于预设阈值时，机器人的安装角度校验成功。在整个计算过程中，不需要引入额外的传感器，减少了成本的同时保证了安装角度的正确性，防止安全事故的发生。

对于第一实施例中的机器人安装角度校验方法，本申请提出了另一种具体的机器人安装角度校验方法，具体请参阅图2，图2是本申请提供的机器人安装角度校验方法第二实施例的流程示意图。

如图2所示，本实施例的机器人安装角度校验方法具体包括以下步骤：

S201：获取机器人的最大静摩擦力矩。

其中，校验装置获取机器人的最大静摩擦力矩，最大静摩擦力矩为上述实施例中静摩擦力矩的最大值。若静摩擦力矩表征为F_s，则最大静摩擦力矩表征为F_s,max。校验装置同样可以根据最大静摩擦力矩计算出理论力矩，如下述步骤所示：

S202：将重力矩与最大静摩擦力矩的和作为第一理论力矩，将重力矩与最大静摩擦力矩的差作为第二理论力矩。

本实施例中，理论力矩包括第一理论力矩和第二理论力矩，其中，校验装置计算重力矩与最大静摩擦力矩的和，即

得到的结果为第一理论力矩；校验装置计算重力矩与最大静摩擦力矩的差，即

得到的结果为第二理论力矩。

S203：当反馈力矩的数值小于第一理论力矩的数值，且反馈力矩的数值小于第二理论力矩的数值时，机器人的安装角度校验成功。

其中，校验装置比较反馈力矩与第一理论力矩、第二理论力矩的差值，并根据比较结果判断机器人的安装角度是否校验成功。具体地，校验装置计算反馈力矩的数值是否小于第一理论力矩的数值、第二理论力矩的数值。也就是说，若校验装置判定机器人的安装角度校验成功，需要使得如下不等式成立：

当反馈力矩的数值小于第一理论力矩的数值，且反馈力矩的数值小于第二理论力矩的数值时，上述不等式成立，机器人的安装角度校验成功。

当所述反馈力矩的数值等于或大于第一理论力矩的数值，和/或反馈力矩的数值等于或大于第二理论力矩的数值时，上述不等式不成立，机器人的安装角度校验失败，提示工作人员需要重新标定机器人。

在一些可能的实施方式中，上述轴角度包括机器人的多个轴的轴角度。对于机器人逆动力学模型，设定机器人轴数为n，则机器人逆动力学模型中的每一项均为n行列向量。例如，机器人需要获取n个轴的轴角度，根据n个轴角度分别计算得到n个重力矩。同样地，机器人需要获取n个轴对应的静摩擦力矩，并与对应的n个重力矩计算得到n和理论力矩。

上述的不等式中，因为式中的每一项均为n行列向量，且每一个轴都对应2各不等式，所以机器人的实际反馈力矩需要同时满足n*2和不等式，才能判定机器人的安装角度校验成功。

在本实施例中，校验装置根据最大静摩擦力矩与重力矩的和、差分别计算出第一理论力矩和第二理论力矩，当机器人的实际反馈力矩与第一理论力矩和第二理论力矩的关系满足条件时，校验装置判定机器人的的安装角度校验成功；不满足条件时，校验装置判定机器人的安装角度校验失败，提示工作人员需要重新标定机器人。

对于第一实施例中的S103，本申请提出了另一种具体的机器人安装角度校验方法，具体请参阅图3，图3是本申请提供的机器人安装角度校验方法第三实施例的流程示意图。

如图3所示，本实施例的机器人安装角度校验方法具体包括以下步骤：

S301：在预设时间内采集多组机器人的力矩数据。

其中，校验装置在机器人上电时，在100ms之内连续采集机器人各个轴的反馈力矩数据。如果设定采集周期为1ms时，校验装置可以获得100组数据。上述的时间以及数据组数均可以按照工作人员的需求调整，在此不再赘述。

S302：将多组力矩数据的均值作为机器人的反馈力矩。

其中，校验装置采用100组反馈力矩数据的均值作为τ代入第二实施例中的判断不等式中，以验证不等式是否全部成立。如果全部成立，则判定机器人的安装角度校验成功；如果不能满足全部成立的条件，则说明标定的重力加速度方向向量g→不正确，提示工作人员需要重新标定。

在其他实施例中，校验装置也可以采用100组反馈力矩数据的众数或中位数作为τ代入第二实施例中的判断不等式中，以验证不等式是否全部成立，在此不再赘述。

为实现上述实施例的机器人安装角度校验方法，本申请还提出了一种机器人安装角度校验装置，具体请参阅图4，图4是本申请提供的机器人安装角度校验装置一实施例的结构示意图。

如图所示，机器人安装角度校验装置400包括获取模块41、计算模块42以及校验模块43。

其中，获取模块41，用于获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度，还用于获取机器人的重力加速度矢量以及静摩擦力矩。

计算模块42，用于根据质量参数、重力加速度矢量以及轴角度计算机器人的重力矩，还用于根据静摩擦力矩和重力矩计算得到理论力矩。

校验模块43，用于采集机器人的反馈力矩，并比较反馈力矩和理论力矩；当反馈力矩和理论力矩的差值小于预设阈值时，机器人的安装角度校验成功。

为实现上述实施例的机器人安装角度校验方法，本申请还提出了另一种机器人安装角度校验装置，具体请参阅图5，图5是本申请提供的机器人安装角度校验装置另一实施例的结构示意图。

如图所示，机器人安装角度校验装置500包括存储器51和处理器52，其中，存储器51和处理器52耦接。

存储器51用于存储程序数据，处理器52用于执行程序数据以实现上述实施例的机器人安装角度校验方法。

在本实施例中，处理器52还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器52可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器52还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器52也可以是任何常规的处理器等。

本申请还提供一种计算机存储介质，如图6所示，计算机存储介质600用于存储程序数据61，程序数据61在被处理器执行时，用以实现如本申请安装机器人角度校验方法实施例中所述的方法。

本申请机器人安装角度校验方法实施例中所涉及到的方法，在实现时以软件功能单元的形式存在并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在装置中，例如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全部或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)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式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实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种机器人安装角度校验方法，其特征在于，包括：

获取机器人的质量参数以及在静止状态的轴角度；

获取所述机器人的重力加速度矢量；

获取所述机器人的静摩擦力矩；

根据所述静摩擦力矩和所述重力矩计算得到理论力矩；

采集所述机器人各个轴的反馈力矩，并比较所述机器人各个轴的所述反馈力矩和所述理论力矩；当所述机器人各个轴的所述反馈力矩和所述理论力矩的差值小于预设阈值时，所述机器人的安装角度校验成功。

2.根据权利要求1所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述获取所述机器人的重力加速度矢量的步骤，包括：

获取所述机器人的安装姿态角，并根据所述安装姿态角标定在机器人基座坐标系中的所述重力加速度矢量。

3.根据权利要求1所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述根据所述静摩擦力矩和所述重力矩计算得到所述理论力矩的步骤，包括：

获取所述机器人的最大静摩擦力矩；

4.根据权利要求3所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述理论力矩包括第一理论力矩和第二理论力矩；

5.根据权利要求4所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述比较所述机器人各个轴的所述反馈力矩和所述理论力矩的步骤，包括：

当所述机器人各个轴的所述反馈力矩的数值等于或大于所述第一理论力矩的数值，和/或所述机器人各个轴的所述反馈力矩的数值等于或大于所述第二理论力矩的数值时，所述机器人的安装角度校验失败，提示用户重新标定所述机器人。

6.根据权利要求1所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述轴角度包括所述机器人的多个轴的轴角度。

7.根据权利要求1所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述采集所述机器人各个轴的反馈力矩的步骤包括：

在预设时间内采集多组所述机器人的力矩数据，并按照预设规则从所述多组力矩数据中选择所述机器人各个轴的反馈力矩。

8.根据权利要求7所述的机器人安装角度校验方法，其特征在于，

所述按照预设规则从所述多组力矩数据中选择所述机器人各个轴的反馈力矩的步骤，包括：

将所述多组力矩数据的均值作为所述机器人各个轴的反馈力矩；

或者，将所述多组力矩数据的众数作为所述机器人各个轴的反馈力矩；

或者，将所述多组力矩数据的中位数作为所述机器人各个轴的反馈力矩。

9.一种机器人安装角度校验装置，其特征在于，所述机器人安装角度校验装置包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；

其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求1～8中任一项所述机器人安装角度校验方法的步骤。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现如权利要求1～8中任一项所述机器人安装角度校验方法的步骤。