CN113997282A - 机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质，其中，该机械臂控制包括：获取参考关节转角；获取目标关节与关节臂的碰撞情况，基于碰撞情况得到第一权重参数；基于参考关节转角以及当前关节转角，得到第二权重参数；获取参考电机转角以及当前电机转角，并得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；基于第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并控制所述目标关节的转动。通过引入电机转角最优化与关节碰撞最优化的判定条件，进行权重判定，以得到关节转角最优解，满足了机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，且能够使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出，控制效率更高。

Description

机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质

技术领域

本申请涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质。

背景技术

目前国内外对于SRS构型的7自由度机械臂运动学算法研究较为成熟，普遍采用引入一个代表冗余自由度，将7自由度简化至S(代表了角度1/2/3的参数)、E(代表了角度4与臂角φ的参数)、W(代表了角度5/6/7的参数)三点的空间坐标，通过几何法得到机械臂的逆运动学关节角度的封闭解。

核工业屏蔽室中常常充满辐射和酸雾，普通的电子设备无法在该环境中应用，故核工业机械臂的动力布局形式有别于传统的电机内置结构，其电机集成在安全区域，通过机械结构的耦合，将动力传递至各个关节。

传统的7自由度逆解算法一方面无法满足机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，另一方面，其逆解最优化的方法较为简单，不能使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出。

针对相关技术中存在传统逆解算法无法满足机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，且不能使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出的技术问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质，以解决相关技术中传统逆解算法无法满足机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，且不能使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种机械臂控制方法，包括：

获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；

基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；

基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；

获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；

基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

在其中的一些实施例中，所述基于所述参考关节转角判断预设时间内各关节的碰撞情况包括：

基于所述参考关节转角得到关节运动角度以及关节运动距离；

基于所述关节运动角度以及关节运动距离判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况。

在其中的一些实施例中，所述基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况包括：

基于每个所述参考关节转角，建立所述目标关节与关节臂的距离随时间变化的距离函数；

基于所述距离函数判断所述目标关节与关节臂在预设时间内是否会发生碰撞。

在其中的一些实施例中，所述基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数包括：

若所述目标关节与关节臂在预设时间内会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为0；

若所述目标关节与关节臂在预设时间内不会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为1。

在其中的一些实施例中，所述基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数包括：

基于每个所述参考关节转角相对所述当前关节转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

在其中的一些实施例中，所述获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角包括：

获取所述目标关节与对应的电机之间的传动比，根据所述传动比和多个所述参考关节转角确定每个所述参考关节转角对应的参考电机转角。

在其中的一些实施例中，所述基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数包括：

基于每个所述参考电机转角相对所述当前电机转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

第二个方面，在本实施例中提供了一种机械臂控制装置，包括：

转角获取模块，用于获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；

第一参数获取模块，用于基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；

第二参数获取模块，用于基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；

第三参数获取模块，用于获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；

控制模块，用于基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

第三个方面，在本实施例中提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上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第一个方面所述的机械臂控制方法。

第四个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的机械臂控制方法。

与相关技术相比，在本实施例中提供的机械臂控制方法、装置、电子装置和存储介质，通过获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动，引入电机转角最优化与关节碰撞最优化的判定条件，进行权重判定，以得到关节转角最优解，满足了机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，且能够使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出，控制效率更高。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的机械臂控制方法的终端的硬件结构框图；

图2是本发明一实施例的主从运动映射系统的示意图；

图3是本发明一实施例的主从运动映射系统的从手的示意图；

图4是本发明一实施例的主从运动映射系统的从手的齿轮结构示意图；

图5是本发明一实施例的机械臂控制方法的流程示意图；

图6是本发明另一实施例的机械臂控制方法的流程示意图；

图7是本发明一实施例的机械臂控制装置的结构框图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机或者类似的运算装置中执行。比如在终端上运行，图1是本实施例的机械臂控制方法的终端的硬件结构框图。如图1所示，终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102和用于存储数据的存储器104，其中，处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。上述终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述终端的结构造成限制。例如，终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示出的不同配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如在本实施例中的机械臂控制方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

本申请提供的机械臂控制方法，可以应用于如图2所示的主从运动映射系统中，图2是本发明一实施例的主从运动映射系统的示意图。如图2所示，主从运动映射系统应用于放射环境下，包括主系统、从系统和控制柜，其中，主系统包括同构主手、异构主手和手持盒，均在屏蔽室外，从系统的机械手，即从手置于屏蔽室内，从系统机械手对应的各个电机集成于外置电机箱中，控制柜分别与同构主手、异构主手和操作盒以及从系统的外置电机箱连接，主系统、从系统和控制柜通过信号通讯线缆进行数据传输与处理。具体地，主系统中的每个关节里，均存在电机，从系统中的机械手包括7个关节，依次以数字11至17表示，关节之间为关节臂，图中箭头表示不同关节的旋转方向。

图3是本发明一实施例的主从运动映射系统的从手的示意图，如图3所示，包括电机21、减速器22、机械臂23和执行器24，其中，机械臂23设置于屏蔽室内，电机21和减速器22设置于屏蔽室外，减速器22和机械臂23之间通过墙体隔离辐射。机械臂23包括多个关节臂和关节，除与减速器22直接相连的关节臂以外，其他关节臂两端均设有齿轮组件。与减速器22直接相连的为一臂231，此后依次连接二臂232、三臂233、四臂234、五臂235、六臂236和七臂237，七臂237之后通过齿轮连接执行器24，执行器24可以选用直边夹爪、圆边夹爪、异形夹爪等不同型式的抓手。

图4是本发明一实施例的从手的齿轮结构示意图，如图4所示，第一电机31至第八电机38集成于外置电机箱内，用于驱动不同的关节进行旋转。旋转关节臂两端齿轮的个数相差1，传动关节臂两端齿轮的个数相同，具体地，一臂231一端设有齿轮组件，其余关节臂的两端均设有齿轮组件。

在本实施例中提供了一种机械臂控制方法，图5是本实施例的机械臂控制方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：

步骤S501，获取从手的目标关节的多个参考关节转角，从手的各关节均采用齿轮联动耦合。

可以理解的，目标关节的参考关节转角为理论转角，通过目标关节与关节臂的当前状态预测得到，可以有多个可能的数值。

步骤S502，基于每个参考关节转角判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况，基于碰撞情况得到每个参考关节转角的第一权重参数。

示例性地，七自由度全齿轮传动机械臂的关节转角理论上均为±360度，只受关节与关节臂的机械结构相互碰撞的限制，因此，对目标关节应用每个参考关节转角进行转动的情况进行预测，判断预设时间内，目标关节与关节臂是否会发生碰撞，若会发生碰撞，则对应的参考关节转角应当被排除。

步骤S503，基于每个参考关节转角以及目标关节的当前关节转角，得到每个参考关节转角的第二权重参数。

可以理解的，根据目标关节采用参考关节转角进行转动后，相对当前状态的变换程度，判断对应的参考关节转角是否是最优解，并得到对应的权重参数。

步骤S504，获取每个参考关节转角对应的参考电机转角以及目标关节的当前电机转角，并基于参考电机转角以及当前电机转角，得到每个参考关节转角的第三权重参数。

在本实施例中，根据目标关节采用参考关节转角进行转动后，目标关节对应的电机转角相对当前电机状态的变换程度，考虑关节转角和电机转角的映射关系，对电机转角的最优化进行分析处理，不仅考虑关节转角的能量消耗、速度、加速等参数，通过考虑耦合映射后的电机转角的相关影响，判断对应的参考关节转角是否是最优解，并得到对应的权重参数。

步骤S505，基于多个参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于关节转角最优解控制目标关节的转动。

可以理解的，根据每个参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，可以得到每个参考关节转角的加权平均分数，并基于加权平均分数筛选多个参考关节转角中的最优解，以控制目标关节的转动。

上述机械臂控制方法，通过获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，从手的各关节均采用齿轮联动耦合；基于每个参考关节转角判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况，基于碰撞情况得到每个参考关节转角的第一权重参数；基于每个参考关节转角以及目标关节的当前关节转角，得到每个参考关节转角的第二权重参数；获取每个参考关节转角对应的参考电机转角以及目标关节的当前电机转角，并基于参考电机转角以及当前电机转角，得到每个参考关节转角的第三权重参数；基于多个参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于关节转角最优解控制目标关节的转动，引入电机转角最优化与关节碰撞最优化的判定条件，进行权重判定，以得到关节转角最优解，满足了机械传动产生的关节与电机转角的耦合关系，且能够使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出，控制效率更高。另外，还防止了耦合环节电机的奇异点问题。

在另一个实施例中，获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角包括如下步骤：

步骤1，采用D-H矩阵法建立机械臂的连杆坐标关系；

步骤2，建立臂角平面，获取臂角

与臂角平面；

步骤3，通过获取各关节角度θ_i与臂角

之间的余弦与正切函数关系，求解机械臂下一步动作的参考关节转角。

示例性地，以基座为起始端，在关节部位建立0号三维直角坐标系，依次编号至末端执行器处建立7号三维直角坐标系，共建立0、1、2、3、4、5、6、7总计8个关节部位的坐标系；上述坐标系为D-H坐标系；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇分别为各个关节旋转的角度；d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇分别为1-7号坐标系之间原点的偏移距离；L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇分别为相邻坐标系Z轴的垂直距离；ɑ₁、ɑ₂、ɑ₃、ɑ₄、ɑ₅、ɑ₆、ɑ₇分别表示相邻坐标系前一个坐标系Z轴绕其X轴旋转α角与后一个坐标系Z轴重合；运动范围表示关节角θ的转动范围。机械臂处于竖直状态时，θ_i均为0°。

定义臂角Φ为肩关节点S、肘关节点E、腕关节点W确定的SEW平面绕SW轴线的旋转角度，定义SEW三角形所在平面为臂角平面，则臂角平面垂直于基座标系XY平面，且肘关节点E位于SW上方。

获取各关节角度θ_i与臂角

之间的余弦与正切函数关系，基于目标关节的下一步动作的指定位置，求解目标关节的转角的所有可能解，作为参考关节转角。

在另一个实施例中，基于参考关节转角判断预设时间内各关节的碰撞情况包括如下步骤：

步骤1，基于参考关节转角得到关节运动角度以及关节运动距离；

步骤2，基于关节运动角度以及关节运动距离判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况。

示例性地，目标关节采用每个参考关节转角进行转动后，可以预测目标关节在之后每个时间节点的关节运动角度以及关节运动距离，据此可以判断目标关节是否会与关节臂发生碰撞。

在另一个实施例中，基于每个参考关节转角判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况包括如下步骤：

步骤1，基于每个参考关节转角，建立目标关节与关节臂的距离随时间变化的距离函数；

步骤2，基于距离函数判断目标关节与关节臂在预设时间内是否会发生碰撞。

在本实施例中，目标关节采用每个参考关节转角进行转动后，可以预测目标关节在之后每个时间节点的关节运动角度以及关节运动距离，基于每个时间节点的关节运动角度以及关节运动距离，可以建立目标关节与关节臂的距离随时间变化的距离函数，基于该距离函数，可以得到每个时间节点，目标关节与关节臂的距离。可以理解的，当目标关节与关节臂的距离为0时，说明目标关节与关节臂发生碰撞。示例性地，通过判断预设时间内目标关节与关节臂的距离是否为0，判断目标关节与关节臂是否发生碰撞。在本实施例中，预设时间可以由用户进行设定，也可以根据实际需求进行确定，此处不作具体限定。

上述实施例，通过算法实时更新目标关节与关节臂之间的距离关系函数，设立时变关节角度限制参数，能更加准确的判断目标关节与关节臂的碰撞情况，能够使耦合传动的7自由度机械臂实现最优输出，控制效率更高。

在另一个实施例中，基于碰撞情况得到每个参考关节转角的第一权重参数包括如下步骤：

步骤1，若目标关节与关节臂在预设时间内会发生碰撞，则对应的参考关节转角的第一权重参数为0；

步骤2，若目标关节与关节臂在预设时间内不会发生碰撞，则对应的参考关节转角的第一权重参数为1。

可以理解的，若目标关节与关节臂在预设时间内会发生碰撞，则不能采用对应的参考关节转角控制目标关节，该参考关节转角应当被排除，因此将权重参数设置为0。示例性地，当参考关节转角的第一权重参数为0时，则不考虑采用这一参考关节转角控制目标关节的转动。

上述实施例通过将会导致发生碰撞参考关节转角的第一权重参数设置为0，进行排除，进行初步筛选，避免碰撞情况的发生，更加安全。

在另一个实施例中，基于每个参考关节转角以及目标关节的当前关节转角，得到每个参考关节转角的第二权重参数包括如下步骤：

基于每个参考关节转角相对当前关节转角的转动角度，确定第二权重参数。

可以理解的，结合关节限位条件，以各关节角相对于初始位置转动角度最少为原则，分别基于每个参考关节转角相对当前关节转角的转动角度，按转动角度从小到大确定权重参数。示例性地，若转动角度越小，设置的权重参数越大，则后续基于权重参数的加权平均值确定最优解时选择加权平均值最大的参考关节转角作为最优解；若转动角度越小，设置的权重参数越小，则后续基于权重参数的加权平均值确定最优解时选择加权平均值最小的参考关节转角作为最优解。可以理解的，权重参数的确定方式以及具体数值可以根据实际需求由用户进行确定，此处不作具体限定。

在其他实施例中，每个关节的旋转角度范围可能不一样，还可以根据转动角度相对于当前关节的旋转角度范围确定权重参数。

上述实施例，选择转动角度体现目标关节采用参考关节转角进行转动后，目标关节对应的关节转角相对当前关节转角的变换程度，并相应确定权重系数，指标更加准确，权重系数确定更加合理，控制效率更高。

在另一个实施例中，获取每个参考关节转角对应的参考电机转角包括如下步骤：

获取目标关节与对应的电机之间的传动比，根据传动比和多个参考关节转角确定每个参考关节转角对应的参考电机转角。

示例性地，电机转角与关节转角之间存在映射关系，体现为目标关节和电机之间的传动比，在机械手结构确定的情况下，传动比是确定的，因此可以根据传动比将参考关节转角转换为对应的参考电机转角。

上述实施例，通过传动比将参考关节转角直接转换为参考电机转角，计算更加简单，效率更高。

在另一个实施例中，基于参考电机转角以及当前电机转角，得到每个参考关节转角的第三权重参数包括：

基于每个参考电机转角相对当前电机转角的转动角度，确定第二权重参数。

在本实施例中，以电机转角相对于初始位置转动角度最少为原则，分别基于每个参考电机转角相对当前电机转角的转动角度，按转动角度从小到大确定权重参数。示例性地，若转动角度越小，设置的权重参数越大，则后续基于权重参数的加权平均值确定最优解时选择加权平均值最大的参考关节转角作为最优解；若转动角度越小，设置的权重参数越小，则后续基于权重参数的加权平均值确定最优解时选择加权平均值最小的参考关节转角作为最优解。可以理解的，权重参数的确定方式以及具体数值可以根据实际需求由用户进行确定，此处不作具体限定。

在其他实施例中，每个关节的电机的旋转角度范围可能不一样，还可以根据转动角度相对于当前电机的旋转角度范围确定权重参数。

上述实施例，选择转动角度体现目标关节采用参考关节转角进行转动后，目标关节对应的电机转角相对当前电机状态的变换程度，并相应确定权重系数，指标更加准确，权重系数确定更加合理，控制效率更高。

请参阅图6，图6为本发明另一实施例的机械臂控制方法的流程示意图。

在本实施例中，先采用D-H矩阵法建立机械臂的连杆坐标系，基于给定末端位姿求解腕关节点在肩关节点坐标系下的表达，建立臂角平面，获取臂角

与臂角平面，通过获取各关节角度θ_i与臂角

之间的余弦与正切函数关系，求解机械臂下一步动作的目标关节的参考关节转角，并分为三条线路求解最优解，第一条线路为：基于关节角度换算得到距离、角度等碰撞判定条件，基于判定条件建立时变参数，并进行归一化处理，进行防撞最优化求解得到关节转角最优解；第二条线路为：通过关节转角与电机转角的映射算法，通过读取电机转角信息，实时求解当前实际关节转角，基于关节转速与转角偏差量参数筛选下一步的关节转角最优解；第三条线路为：通过关节角与电机角的映射算法，获得各电机下一步的参考电机转角，基于电机转速与转角偏差量参数筛选下一步的电机转角最优解，通过映射算法得到下一步关节转角最优解。最后根据三条线路的权重参数筛选最优解。

示例性地，以参考关节转角有三个解为例。其中，第一条线路的权重参数，根据是否碰撞，在0和1之间变化，若解1碰撞，2不碰撞，3不碰撞，则解1权重为0，解2和解3权重为1，选择解2和3；第二条线路与第三条线路根据极限偏差量占比来分配权重参数。例如，两条线路的变量极限都是1，第二条线路中，解1的权重参数为0.4，解2的权重参数为0.8，解3的权重参数为0.3；第三条线路中，解1的权重参数为0.3，解2的权重参数为0.4，解3的权重参数为0.6；由于解1被第一条线路排除，解2权重为1.2，解3权重为0.9，最后选择解3对应的参考关节转角作为关节转角最优解。

示例性地，在第二条线路以及第三条线路中，可以以极限偏差量占比来分配权重参数。例如，存在6个参考关节转角，在第二条线路中，对应关节的转角极限范围是100度，解1的参考关节转角为20度，则占比为0.2；以此类推，求解各个参考关节转角的占比，以得到各个解的权重参数。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中还提供了一种机械臂控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图7是本实施例的机械臂控制装置的结构框图，如图7所示，该装置包括：

转角获取模块70，用于获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合。

第一参数获取模块71，用于基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数。

第一参数获取模块71，还用于：

基于所述参考关节转角得到关节运动角度以及关节运动距离；

基于所述关节运动角度以及关节运动距离判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况。

第一参数获取模块71，还用于：

基于每个所述参考关节转角，建立所述目标关节与关节臂的距离随时间变化的距离函数；

基于所述距离函数判断所述目标关节与关节臂在预设时间内是否会发生碰撞。

第一参数获取模块71，还用于：

若所述目标关节与关节臂在预设时间内会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为0；

若所述目标关节与关节臂在预设时间内不会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为1。

第二参数获取模块72，用于基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数。

第二参数获取模块72，还用于基于每个所述参考关节转角相对所述当前关节转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

第三参数获取模块73，用于获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数。

第三参数获取模块73，还用于获取所述目标关节与对应的电机之间的传动比，根据所述传动比和多个所述参考关节转角确定每个所述参考关节转角对应的参考电机转角。

第三参数获取模块73，还用于基于每个所述参考电机转角相对所述当前电机转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

控制模块74，用于基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

在本实施例中还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；

S2，基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；

S3，基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；

S4，获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；

S5，基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

此外，结合上述实施例中提供的机械臂控制方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种机械臂控制方法。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械臂控制方法，其特征在于，包括：

获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；

基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；

基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；

获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；

基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述参考关节转角判断预设时间内各关节的碰撞情况包括：

基于所述参考关节转角得到关节运动角度以及关节运动距离；

基于所述关节运动角度以及关节运动距离判断预设时间内目标关节与关节臂的碰撞情况。

3.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况包括：

基于每个所述参考关节转角，建立所述目标关节与关节臂的距离随时间变化的距离函数；

基于所述距离函数判断所述目标关节与关节臂在预设时间内是否会发生碰撞。

4.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数包括：

若所述目标关节与关节臂在预设时间内会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为0；

若所述目标关节与关节臂在预设时间内不会发生碰撞，则对应的所述参考关节转角的第一权重参数为1。

5.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数包括：

基于每个所述参考关节转角相对所述当前关节转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

6.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角包括：

获取所述目标关节与对应的电机之间的传动比，根据所述传动比和多个所述参考关节转角确定每个所述参考关节转角对应的参考电机转角。

7.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数包括：

基于每个所述参考电机转角相对所述当前电机转角的转动角度，确定所述第二权重参数。

8.一种机械臂控制装置，其特征在于，包括：

转角获取模块，用于获取主从机械臂中从手的目标关节的多个参考关节转角，所述从手的各关节均采用齿轮联动耦合；

第一参数获取模块，用于基于每个所述参考关节转角判断预设时间内所述目标关节与关节臂的碰撞情况，基于所述碰撞情况得到每个所述参考关节转角的第一权重参数；

第二参数获取模块，用于基于每个所述参考关节转角以及所述目标关节的当前关节转角，得到每个所述参考关节转角的第二权重参数；

第三参数获取模块，用于获取每个所述参考关节转角对应的参考电机转角以及所述目标关节的当前电机转角，并基于所述参考电机转角以及当前电机转角，得到每个所述参考关节转角的第三权重参数；

控制模块，用于基于多个所述参考关节转角的第一权重参数、第二权重参数以及第三权重参数，得到关节转角最优解，并基于所述关节转角最优解控制所述目标关节的转动。

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任一项所述的机械臂控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，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权利要求1至7中任一项所述的机械臂控制方法的步骤。

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