CN114055448A - 绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人控制相关技术领域，尤其涉及一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备。绳索驱动蛇形机械臂控制方法，包括：获取运动指令和各关节的当前角度信息；基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。如此设置，首先将绳索放松，之后依照优先级的顺序，优先调节距离机械臂根部近的关节，以现有技术中的方案相比，避免了同时调节绳索时绳索耦合的问题，可以正确完成绳索的控制工作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制相关技术领域，尤其涉及一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备。
背景技术
在航空制造、电厂维护、船舶焊接、电气检修等领域有着大量的狭窄封闭作业场景，传统的工业机械臂和移动机器人无法进入此类空间，制约着相关行业的制造水平和作业效率。
目前高冗余度蛇形机器人由于具有机械臂长径比大，关节数多，高自由度等特点，拥有较高的灵活性和较好的避障能力，适合用在各种狭小复杂空间进行作业，但同时高自由度关节和大长径比机械臂使其在控制方面存在着诸多难题。
但是，高冗余度蛇形臂在运动过程中由于其自由度多，运动状态存在多变性，由绳索驱动的蛇形臂机器人在运动过程中往往会存在关节之间发生相互干扰的情况，对蛇形臂的运动控制造成了极大的困难。
发明内容
本发明提供一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备，用以解决现有技术中绳索驱动的蛇形臂机器人在运动过程中存在关节之间发生相互干扰的情况，对蛇形臂的运动控制造成了极大的困难的缺陷。
本发明提供一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法，包括：
获取运动指令和各关节的当前角度信息；
基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；
基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；
基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
可选的，所述基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节，包括：
基于所述目标绳长变化量和所述优先级，依照优先级高的绳索在先的顺序，生成电机角度-时间曲线；其中，所述电机角度-时间曲线为控制所述绳索长度的电机的角度信息随时间变化的曲线；
基于所述电机角度-时间曲线，控制所述电机转动，以完成对于所述绳索的长度调节。
可选的，所述基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量，包括：
基于所述运动指令，确定所述关节的目标角度信息；
基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，确定需要进行角度调节的目标关节；
判断所述绳索是否经过目标关节；
若是，基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，否则确定所述绳索的目标绳长变化量为零。
可选的，所述基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，包括：
确定所述绳索经过的目标关节为第一目标关节；
基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，计算得到所述绳索对应各个所述第一目标关节的子绳长变化量；
基于所述子绳长变化量，计算得到目标绳长变化量。
可选的，还包括：
调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准。
可选的，所述调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准，包括：
调整所述绳索对应电机的角度至预设角度；所述预设角度用于指示所述绳索处于预设松弛程度；
基于随着绳索穿过的关节的数量的增加绳索的校准优先级降低的原则，确定所述绳索的校准优先级；
依照校准优先级高的绳索在先的顺序，调节所述绳索长度，以进行校准。
可选的，获取所述电机的电流；
对所述电流进行卡尔曼滤波
基于所述电流，调节所述绳索长度，以使得同一校准优先级的绳索对应电机的电流同时达到预设阈值；
所述基于所述电流，调节所述绳索长度包括：
控制所述电机基于预设的速度缩短所述绳索的长度，直至所述绳索对应的电机的电流大于第一阈值；
所述绳索对应的电机的电流达到第一阈值后，基于电机电流越大电机调节绳索的速度越小的规则，缩短所述绳索的长度。
第二方面，本发明实施例提供一种绳索驱动蛇形机械臂控制装置，包括：
获取模块，用于获取运动指令和各关节的当前角度信息；
第一确定单元，用于基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；
第二确定单元，用于基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；
调节单元，用于基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
第三方面，本发明实施例提供电子设备，包括存储器、处理器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程序时实现如本发明第一方面所述绳索驱动蛇形机械臂控制方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，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本发明第一方面所述绳索驱动蛇形机械臂控制方法的步骤。
本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法中，首先获取运动指令和各关节的当前角度信息；之后基于当前角度信息判断达到运动指令状态各绳索的目标绳长变化量；之后基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；这种优先级的制定方案，可以令靠近机械臂根部(机械臂与驱动装置连接的部位为根部)的关节对应的绳索优先级高，基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。如此设置，首先将绳索放松，之后依照优先级的顺序，优先调节距离机械臂根部近的关节，与现有技术中的方案相比，避免了同时调节绳索时绳索耦合的问题，可以正确完成绳索的控制工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
图1是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明一种实施例的绳索驱动蛇形机械臂的整体示意图；
图3是本发明一种实施例的驱动结构示意图；
图4是本发明一种实施例的驱动装置示意图；
图5是本发明一种实施例的机械臂关节示意图；
图6是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之二；
图7是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之三；
图8是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法中坐标示意图；
图9是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之四；
图10是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法中电机角度-时间曲线示意图；
图11是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之五；
图12是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之六；
图13是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制装置的结构示意图；
图14是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在航空制造、电厂维护、船舶焊接、电气检修等领域有着大量的狭窄封闭作业场景，传统的工业机械臂和移动机器人无法进入此类空间，制约着相关行业的制造水平和作业效率。
目前高冗余度蛇形机器人由于具有机械臂长径比大，关节数多，高自由度等特点，拥有较高的灵活性和较好的避障能力，适合用在各种狭小复杂空间进行作业，但同时高自由度关节和大长径比机械臂使其在控制方面存在着诸多难题。
但是，高冗余度蛇形臂在运动过程中由于其自由度多，运动状态存在多变性，由绳索驱动的蛇形臂机器人在运动过程中往往会存在关节之间发生相互干扰的情况，对蛇形臂的运动控制造成了极大的困难。针对上述问题，本发明实施例提供一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备。下面结合图1-图14对本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法、装置和设备进行说明。
图1是本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法的流程示意图之一；参照图1，本发明实施例提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法包括：
步骤110，获取运动指令和各关节的当前角度信息。
步骤120，基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量。
步骤130，基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级。
步骤140，基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
如此设置，首先将绳索放松，之后依照优先级的顺序，优先调节距离机械臂根部近的关节，以现有技术中的方案相比，避免了同时调节绳索时绳索耦合的问题，可以正确完成绳索的控制工作。
示例性的，所述运动指令可以但不限于为控住机械臂执行伸展、弯曲到预设角度等指令。
本发明实施例提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法应用于如绳索驱动蛇形机械臂。为了更加清楚的对本发明实施例提供的方案进行说明，参照图2到图5，对绳索驱动蛇形机械臂进行说明：
如图2所示，绳索驱动蛇形机械臂包括主体结构、驱动结构和蛇形臂；所述主体结构用于固定所述驱动结构和蛇形臂；一个蛇形臂包括多个子段机械臂，相邻的子段机械臂基于关节进行连接。
具体的，如图3所示，驱动结构内部设置有多个驱动装置；驱动装置的具体结构如图4所示。驱动装置包括驱动电机；驱动电机通过控制绳索驱动蛇形臂进行运动。具体的，参照图5，关节是两个子段机械臂之间的连接处，子段机械臂内设置有供绳索穿过的通孔。绳索在所述通孔内部穿过。控制该关节的绳索的一端由驱动结构控制，另一端固定在该关节涉及的两个子段机械臂中距离所述驱动结构较远的子段机械臂上。绳索的绳长可以控制关节处两个子段机械臂的角度。例如以一个12节子段机械臂的机械臂进行说明：首先，12节子段机械臂依照距离驱动装置的距离可以标号为子段机械臂1、子段机械臂2子段机械臂3…子段机械臂12。第一个子段机械臂可以直接固定在预设位置，也可以基于一个特殊的关节固定在预设位置。为了便于说明，本发明实施例以第一个子段机械臂直接固定在预设位置为例进行说明。本发明实施例中机械臂具有关节11个，11个关节依照距离驱动装置的距离可以标号为关节1、关节2关节3…关节11。控制靠后的关节的绳索需要穿过前面的各个控制关节。(本发明实施例提供的方案中，靠后指的是远离所述驱动装置、前面指的是靠近所述驱动装置。)例如控制关节11的绳索需要穿过前10个控制关节。同时为了更好的控制关节的角度，需要使用至少3根绳索控制一个关节的角度。
一般情况下，确定各个关节的角度便可以确定机械臂的状态。关节的角度可以通过相邻的两个子段机械臂的横截面的角度确定。横截面的角度可以通过两个角度信息确定，其中这两个角度所在的平面不平行。
具体的，参照图6，步骤120，基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量，包括：
步骤121，基于所述运动指令，确定所述关节的目标角度信息。
步骤122，基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，确定需要进行角度调节的目标关节。
步骤123，判断所述绳索是否经过目标关节。
步骤124，若是，基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，否则确定所述绳索的目标绳长变化量为零。
如此设置可以精确的计算出目标绳长变化量。
实际应用中，不进行角度变化的关节对于绳长没有影响，所以这些关节可以不进行计算。进行角度变化的关节会影响所有经过该关节的绳索的绳长。所以，参照图7，当所述绳索经过目标关节时，基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量的具体过程可以如下所示：
步骤1241，确定所述绳索经过的目标关节为第一目标关节。
步骤1242，基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，计算得到所述绳索对应各个所述第一目标关节的子绳长变化量。
步骤1243，基于所述子绳长变化量，计算得到目标绳长变化量。
需要说明的是，本发明实施例提供的方案中，子绳长变化量为具有正负号的数值，携带正号的子绳长变化量用于表示需要进行增长的变化量；携带负号的子绳长变化量用于表示进行缩短的变化量。所以目标绳长变化量可以直接通过子绳长变化量进行累加得到。
进一步的，步骤1242中基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，计算得到所述绳索对应各个所述第一目标关节的子绳长变化量中，可以通过预设的坐标系辅助计算子绳长变化量。
具体的，参照图8，首先定义基坐标O-xyz和各关节坐标Oi-L-xyz，Oi-R-xyz，其中所述坐标中的i表示关节编号，L和R表示其在关节的关节铰接点的左侧和右侧。点O位关节为相邻的子段机械臂的连接点，关节坐标Oi-L-xyz在图中左侧子段机械臂的横截面上；关节坐标Oi-R-xyz在图中右侧子段机械臂的横截面上。用于表示关节角度的数据为角度α和β，其中角度α为由点A、点Oi-R和点Oi-L确定的平面分别与两个子段机械臂的横截面的共线构成的夹角；其中角度β为由两个x轴确定的平面分别与两个子段机械臂的横截面的共线构成的夹角。
基于系统的预设的数据，可以知道A，B，C三点在坐标系Oi-L-xyz的坐标和A'，B'，C'三点在坐标系Oi-R-xyz中的坐标，所以本发明实施例需要求解的是在当前角度信息下三根绳AA'、BB'和CC'在该关节处的长度和在目标角度信息下三根绳AA'、BB'和CC'在该关节处的长度。计算过程如下所示：
建立坐标系Oi-L-xyz和坐标系Oi-R-xyz之间的转化矩阵：
所述Trans(0,0,d_i1)为平移变换矩阵,d_i1为坐标系原点Oi-L到关节链接中心的距离，d_i2为坐标系原点Oi-R到关节链接中心的距离，Rot(α,0,0)，Rot(0,β,0)为旋转变换矩阵；α，β为所述关节角度。
根据变换矩阵将A'的坐标从坐标系Oi-R-xyz转换到坐标系Oi-L-xyz下的坐标：
所述A′1t＝[xA′，yA′，zA′，1]T，为A'点在坐标系Oi-R-xyz的扩展坐标，A″1t为点A'在坐标系Oi-L-xyz的坐标。
步骤S45，由坐标系Oi-L-xyz下A点和A'点的坐标可以解算得到绳索AA'的长度，同理也可以求得BB'，CC'的长度：
以绳索AA'为例：首先经过通过上述方案；计算当前角度信息下AA'在该目标关节的长度，即：第一长度信息；之后计算目标角度信息下AA'在该目标关节的长度，即：第二长度信息；之后令第二长度信息减去第一长度信息得到一个子绳长变化量。
通过上述方式可以精确的计算是绳索的各个子绳长变化量，之后基于各个子绳长变化量便可以得到目标绳长变化量。
实际应用中，参照图9，步骤140中基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度，调节可以包括：
步骤141，基于所述目标绳长变化量和所述优先级，依照优先级高的绳索在先的顺序，生成电机角度-时间曲线；其中，所述电机角度-时间曲线为控制所述绳索长度的电机的角度信息随时间变化的曲线。
步骤142，基于所述电机角度-时间曲线，控制所述电机转动，以完成对于所述绳索的长度调节。
实际应用中，对于绳长具体控制是由驱动装置的电机进行的，通过电机的转动的角度控制绳长。基于此，本发明实施例在进行绳长的调节之前，优先规划电机角度-时间曲线。具体的电机角度-时间曲线如图10所示。
本发明实施例提供的方案中，基于优先级进行控制(异步控制)为绳索控制的关键之一，同一优先级下的绳索将根据所述绳长变化量同时执行放松或者拉紧动作，下一优先级的绳索依次间隔一定的时间执行对应的动作，间隔时间越长，关节解耦效果越好，但是关节运动总时间也会随之增加，间隔时间一般取最高优先级绳索动作时间的1/4。具体的，实现过程中，还需要考虑同一优先级的绳索进行调节时所用的时间相同的要求。这一要求的达到方式可以为：通过调节各个电机的转动速度来使得同一优先级的绳索进行调节时所用的时间相同。进一步的，还应该考虑优先级高的绳索完成调节的时刻早于优先级低的绳索完成调节的时刻的要求。这一要求也可以通过调节各个电极的启动时间和转动速度来达到。
具体的，执行本发明实施例提供方法的设备计算得出电机角度-时间曲线后，与驱动装置的PLC进行通讯，传递各电机的运转数据，再由PLC控制电机执行相应的动作，从而完成预期的蛇形臂关节运动。
实际应用中，随着机械臂的使用，需要对机械臂进行。但是，高冗余度蛇形臂机器人关节数量众多和自由度高，因此在机械臂复位初始校准的过程中往往需要人工逐个关节，逐个电机进行校准。进一步的，有时缺乏必要的校准反馈信号，难以保证校准的质量。基于此本发明实施例提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，还包括：调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准。具体的，参照图11，所述调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准，包括：
步骤710，调整所述绳索对应电机的角度至预设角度；所述预设角度用于指示所述绳索处于预设松弛程度。
具体的，从控制各绳索运动的电机获取角度数据，判断与蛇形臂各关节相关联的绳索的松紧状态；基于获得的绳索的松紧状态控制电机运转，确保控制所有关节运动的绳索均处于松弛状态，并且与每个关节关联的三根绳索的松弛程度相当。
需要说明的是，一般情况下相关系统内存储有校准姿态对应的电机角度信息；例如一个绳索在校准姿态下对应的电机角度为368°。预设松弛程度为电机角度处于松弛角度时绳索的松弛程度；所述预设角度为校准姿态对应的电机角度减去一个预设度数得到的角度。例如368°(绳索在校准姿态下对应的电机角度)减去3°(预设度数)得到365°(预设角度)。当该绳索的电机角度为365°时，该绳索处于预设的松弛程度。
步骤720，基于随着绳索穿过的关节的数量的增加绳索的校准优先级降低的原则，确定所述绳索的校准优先级。
步骤730，依照校准优先级高的绳索在先的顺序，调节所述绳索长度，以进行校准。
在进行校准时也需要考虑耦合的问题，本发明实施例为了避免耦合，对绳索逐个进行校准；本发明实施例提供的校准优先级的确定方式，可以令靠近机械臂根部(机械臂与驱动装置连接的部位为根部)的关节对应的绳索校准优先级高，因此可以先对靠近驱动装置的关节对应的绳索进行校准。基于这种方式，校准的效果更好。
进一步的，同一级别的绳索的一般为3个，在进行调节时，需要对3个绳索进行同时调节。参照图12，调节方式具体如下所示：
步骤731，获取所述电机的电流。
步骤732，基于所述电流，调节所述绳索长度，以使得所述同一优先级的绳索对应电机的电流同时达到预设阈值。
校准的过程主要是同时收紧控制一个关节的多根绳索，使得绳索的在承受拉力近似的情况下，控制关节角度为预设的校准姿态的角度。本发明实施例提供的方案中，可以基于电机的电流替代绳索的在承受拉力。认为电机的电流越大，拉力越大；绳索对应的电机的电相同，认为拉力相同。基于此，校准的具体步骤包括：当控制关节的三根绳索处于较为松弛状态时以较快的速度控制三根绳索执行拉紧动作；实时读取驱动绳索运动的电机的电流值，并对采集到的数据进行卡尔曼滤波处理，得到稳定的电机电流值数据；人工设定初始拉紧阈值，即绳索开始受力时对应的电机电流值，当所述电机电流值到达所述初始拉紧阈值时，降低绳索的运动速度，随着电流值的逐步增大，逐渐降低绳索的运动速度。具体的，设定电流值数据为I，绳索速度为v(需要说明的是，此处绳索速度与电极转速正相关)，取合适的常数K，在本实施例中采用公式(3)所示的关系控制绳索的运动速度：具体公式如下：
人工设定绳索拉紧阈值，当控制同一关节的三根绳索的电机在允许的误差范围内同步到达所述绳索拉紧阈值时，立即控制电机停止转动。
本发明实施例提供的方案中，通过使用电机电流值进行反馈控制，由程序自动实现了绳索驱动机械臂关节的自动校准过程，将复杂的人工校准过程进行了简化。
下面对本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制装置进行描述，下文描述的绳索驱动蛇形机械臂控制装置与上文描述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法可相互对应参照。
参照图13，本发明实施例提供的绳索驱动蛇形机械臂控制装置，包括：
获取模块91，用于获取运动指令和各关节的当前角度信息。
第一确定单元92，用于基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量。
第二确定单元93，用于基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级。
调节单元94，用于基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
可选的，所述基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节，包括：
基于所述目标绳长变化量和所述优先级，依照优先级高的绳索在先的顺序，生成电机角度-时间曲线；其中，所述电机角度-时间曲线为控制所述绳索长度的电机的角度信息随时间变化的曲线；基于所述电机角度-时间曲线，控制所述电机转动，以完成对于所述绳索的长度调节。
可选的，所述基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量，包括：基于所述运动指令，确定所述关节的目标角度信息；基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，确定需要进行角度调节的目标关节；判断所述绳索是否经过目标关节；若是，基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，否则确定所述绳索的目标绳长变化量为零。
可选的，所述基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，包括：
确定所述绳索经过的目标关节为第一目标关节；基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，计算得到所述绳索对应各个所述第一目标关节的子绳长变化量；基于所述子绳长变化量，计算得到目标绳长变化量。
可选的，调节单元，还可以用于调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准。
可选的，所述调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准，包括：
调整所述绳索对应电机的角度至预设角度；所述预设角度用于指示所述绳索处于预设松弛程度；基于随着绳索穿过的关节的数量的增加绳索的校准优先级降低的原则，确定所述绳索的校准优先级；依照校准优先级高的绳索在先的顺序，调节所述绳索长度，以进行校准。
可选的，所述调节所述绳索长度，以进行校准。包括：
调整所述绳索对应电机的角度至预设角度；所述预设角度用于指示所述绳索处于预设松弛程度；获取所述电机的电流；基于所述电流，调节所述绳索长度，以使得所述同一优先级的绳索对应电机的电流同时达到预设阈值。
本发明提供的绳索驱动蛇形机械臂控制装置，通过设计了一种异步控制策略，即调整绳索在伸缩和拉紧时的顺序，在没有力传感器的条件下对关节运动进行了有效的解耦，避免了关节在运动过程中出现相互干扰的情况，进一步的，通过使用电机电流值进行反馈控制，由程序自动实现了绳索驱动机械臂关节的自动校准过程，将复杂的人工校准过程进行了简化。
图14示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图14所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1410、通信接口(Communications Interface)1420、存储器(memory)1430和通信总线1440，其中，处理器1410，通信接口1420，存储器1430通过通信总线1440完成相互间的通信。处理器1410可以调用存储器1430中的逻辑指令，以执行绳索驱动蛇形机械臂控制方法，该方法包括：获取运动指令和各关节的当前角度信息；基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
此外，上述的存储器1430中的逻辑指令可以通过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。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，该方法包括：获取运动指令和各关节的当前角度信息；基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，该方法包括：获取运动指令和各关节的当前角度信息；基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上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。
Claims (10)
1.一种绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，包括：
获取运动指令和各关节的当前角度信息；
基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；
基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；
基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
2.根据权利要求1所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节，包括：
基于所述目标绳长变化量和所述优先级，依照优先级高的绳索在先的顺序，生成电机角度-时间曲线；其中，所述电机角度-时间曲线为控制所述绳索长度的电机的角度信息随时间变化的曲线；
基于所述电机角度-时间曲线，控制所述电机转动，以完成对于所述绳索的长度调节。
3.根据权利要求1所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量，包括：
基于所述运动指令，确定所述关节的目标角度信息；
基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，确定需要进行角度调节的目标关节；
判断所述绳索是否经过目标关节；
若是，基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，否则确定所述绳索的目标绳长变化量为零。
4.根据权利要求3所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述目标角度信息和所述当前角度信息，计算所述绳索的目标绳长变化量，包括：
确定所述绳索经过的目标关节为第一目标关节；
基于所述当前角度信息和所述目标角度信息，计算得到所述绳索对应各个所述第一目标关节的子绳长变化量；
基于所述子绳长变化量，计算得到目标绳长变化量。
5.根据权利要求1所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，还包括：
调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准。
6.根据权利要求5所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，所述调节所述绳索长度，以对所述蛇形机械臂进行校准，包括：
调整所述绳索对应电机的角度至预设角度；所述预设角度用于指示所述绳索处于预设松弛程度；
基于随着绳索穿过的关节的数量的增加绳索的校准优先级降低的原则，确定所述绳索的校准优先级；
依照校准优先级高的绳索在先的顺序，调节所述绳索长度，以进行校准。
7.根据权利要求6所述的绳索驱动蛇形机械臂控制方法，其特征在于，所述调节所述绳索长度，以进行校准，包括：
获取所述电机的电流；
对所述电流进行卡尔曼滤波
基于所述电流，调节所述绳索长度，以使得同一校准优先级的绳索对应电机的电流同时达到预设阈值；
所述基于所述电流，调节所述绳索长度包括：
控制所述电机基于预设的速度缩短所述绳索的长度，直至所述绳索对应的电机的电流大于第一阈值；
所述绳索对应的电机的电流达到第一阈值后，基于电机电流越大电机调节绳索的速度越小的规则，缩短所述绳索的长度，直至所述绳索对应的电机的电流达到第二阈值。
8.一种绳索驱动蛇形机械臂控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取运动指令和各关节的当前角度信息；
第一确定单元，用于基于所述运动指令和所述当前角度信息，确定各绳索的目标绳长变化量；
第二确定单元，用于基于需要增加长度的绳索的优先级最高，需要减少长度的绳索的优先级随着绳索穿过的关节的数量的增加而降低的原则，确定所述绳索的优先级；
调节单元，用于基于所述绳长变化量，依照优先级高的绳索在先的顺序，对绳索进行长度调节。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述绳索驱动蛇形机械臂控制方法的步骤。
10.一种非暂态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如权利要求1至7任一项所述绳索驱动蛇形机械臂控制方法的步骤。
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