CN114407014A - 机器人执行器的控制方法、装置、介质、设备和机器人 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种机器人执行器的控制方法、装置、介质、设备和机器人。该方法包括：在当前采样周期中，采集所述执行器的当前温度；在预定的对应关系中确定出与所述执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，其中，所述对应关系为所述执行器的温度和所述电机控制参数的最大值之间的关系；在所述当前采样周期中，控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。这样，若执行器在作业时有过温的趋势，则通过限制其运行功率来保障机器人能够继续运行而不发生过温，由于不需要中断作业，因此避免了因执行器为避免过温而突然停止作业造成的安全问题。
Description
技术领域
本公开涉及机器人自动控制技术领域，具体地，涉及一种机器人执行器的控制方法、装置、介质、设备和机器人。
背景技术
目前，研究人员相继开发了具有一定人工智能的机器人，例如，餐厅送餐机器人、酒店递送机器人、园区巡检机器人、物流快递机器人、商业服务机器人等。这些机器人的每一个可运行的关节或者驱动行走的轮子在业内被称为执行器，由电机带动运行。
这些执行器面临的一个共同问题就是由于各种负载变化或者堵转引起发热而过温，科学合理的过温保护方案不仅能够解决执行器的烧毁问题，也可以解决机器人的安全控制问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种机器人执行器的控制方法、装置、介质、设备和机器人，能够使机器人安全、可靠地运行。
为了实现上述目的，本公开提供一种机器人执行器的控制方法，所述方法包括：
在当前采样周期中，采集所述执行器的当前温度；
在预定的对应关系中确定出与所述执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，其中，所述对应关系为所述执行器的温度和所述电机控制参数的最大值之间的关系；
在所述当前采样周期中，控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
可选地，所述电机控制参数为PI控制器输出的电流，所述控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，包括：
在利用所述PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
可选地，所述电机控制参数为电机的力矩，所述控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，包括：
根据所确定的所述电机的力矩的最大值计算所述电机的电流值；
在利用PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所计算的电流值，以使所述电机的力矩不大于所确定的最大值。
可选地，所述方法还包括：
利用最小二乘法对已有数据进行拟合来确定所述对应关系。
可选地，所述方法还包括：
若所采集的所述执行器的当前温度高于预定的温度阈值，则输出报警消息。
本公开还提供一种机器人执行器的控制装置，所述装置包括：
采集模块，用于在当前采样周期中，采集所述执行器的当前温度；
第一确定模块，用于在预定的对应关系中确定出与所述执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，其中，所述对应关系为所述执行器的温度和所述电机控制参数的最大值之间的关系；
控制模块，用于在所述当前采样周期中，控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
可选地，所述电机控制参数为PI控制器输出的电流，所述控制模块包括：
第一控制子模块，用于在利用所述PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
本公开还提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开提供的上述方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开提供的上述方法的步骤。
本公开还提供一种机器人，包括执行器、电机以及本公开提供的上述装置。
通过上述技术方案，预先确定执行器的温度和电机控制参数的最大值之间的对应关系，在机器人运行过程中，根据该对应关系确定出与执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，并在当前采样周期中，控制电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。这样，若执行器在作业时有过温的趋势，则通过限制其运行功率来保障机器人能够继续运行而不发生过温，由于不需要中断作业，因此避免了因执行器为避免过温而突然停止作业造成的安全问题。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是一示例性实施例提供的机器人执行器的控制方法的流程图；
图2是一示例性实施例提供的机器人执行器的电机闭环控制的示意图；
图3是一示例性实施例提供的预定的对应关系的曲线图；
图4是一示例性实施例提供的机器人执行器的控制装置的框图；
图5是一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是一示例性实施例提供的机器人执行器的控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤。
步骤S101，在当前采样周期中，采集执行器的当前温度。
在机器人运行过程中，采集执行器的温度，可以设置预定的时长作为一个采集周期的时长，例如，1秒。
步骤S102，在预定的对应关系中确定出与执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值。其中，对应关系为执行器的温度和电机控制参数的最大值之间的关系。
电机控制参数为对执行器的电机进行控制的过程中的相关参数，例如，电机的电流、力矩等。该电机为驱动执行器运行的电机。该电机控制参数的值越大，则电机驱动执行器的功率越大，执行器的温升越大。
在对应关系中电机控制参数的最大值具有以下含义：当执行器的温度达到与一电机控制参数的最大值对应的温度时，若以该最大值作为当前的电机控制参数来控制运行执行器，则执行器即将过温。也就是，当执行器的温度达到与一电机控制参数的最大值对应的温度时，若控制运行执行器的电机控制参数小于该最大值，则执行器不会发生过温。
可以预先通过试验的方法确定多组执行器的温度和对应的电机控制参数的最大值，每一组数据中，包括一个温度和对应的一个电机控制参数的最大值，然后通过拟合的方法确定出执行器的温度和电机控制参数的最大值这二者之间的函数关系，作为上述的对应关系。例如，利用最小二乘法对已有数据进行拟合来确定对应关系。
步骤S103，在当前采样周期中，控制电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
在控制执行器的过程中，可以运用相关技术中的方法(该方法中应用了电机控制参数)。当监测到该电机控制参数小于与执行器当前温度对应的最大值时，还是按照相关技术进行控制，不进行干涉；当监测到该电机控制参数大于或等于与执行器当前温度对应的最大值时，并不直接利用该监测到的电机控制参数继续控制电机，而是将监测到的电机控制参数替换成与执行器当前温度对应的最大值来继续控制电机，即限定了电机控制参数不能大于与执行器当前温度对应的最大值。这样就减小了电机控制参数的值，从而减小了电机功率，避免执行器过温。
通过上述技术方案，预先确定执行器的温度和电机控制参数的最大值之间的对应关系，在机器人运行过程中，根据该对应关系确定出与执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，并在当前采样周期中，控制电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。这样，若执行器在作业时有过温的趋势，则通过限制其运行功率来保障机器人能够继续运行而不发生过温，由于不需要中断作业，因此避免了因执行器为避免过温而突然停止作业造成的安全问题。
执行器可以有三种工作模式：位置模式、速度模式和力矩模式。例如，一个类人形服务机器人的手臂通常使用位置+力矩混合模式来控制机械手臂的运动，驱动机器人行走的执行器工作于速度模式，控制机器人行走转弯的执行器工作于位置模式。
在一实施例中，可以利用比例积分微分(Proportional Integral，PI)控制器对电机的电流进行闭环控制。
图2是一示例性实施例提供的机器人执行器的电机闭环控制的示意图。如图2所示，电机11(例如，永磁同步电机)的电流Ia、Ib、Ic为自然坐标系中的电流，通过第一坐标转换器14(经过Clarke变换)被转换到αβ坐标系中(Iα、Iβ)，又通过第二坐标转换器15(经过Park变换)被转换到dq坐标系中(Id、Iq)。
电流分量Iq与参考电流Iq_ref经过运算器求差，再经过第一PI控制器16后输出运算后的电流，根据该运算后的电流计算得到电压分量Vq；电流分量Id与参考电流Id_ref＝0经过运算器求差，再经过第二PI控制器17后输出运算后的电流，根据该运算后的电流计算得到电压分量Vd。
dq坐标系中的电压分量Vq、Vd通过第三坐标转换器13(经过Clarke反变换)被转换到αβ坐标系中(Vα、Vβ)，又通过第四坐标转换器12(经过Park反变换)被转换到自然坐标系中(Va、Vb、Vc)，实际以Va、Vb、Vc来控制电机11的运行，这就是电流的闭环控制(电流环)。
另外，角速度和位置检测器16将检测到的电机的角度θ输入第二坐标转换器15和第三坐标转换器13，检测到的角速度ω与参考速度S_ref经过运算器求差，再经过第三PI控制器18后输出运算后的电流，作为Iq_ref，这就是速度的闭环控制(速度环)。电机的位置P(θ)与参考位置P_ref经过运算器求差后，输出S_ref，这就是位置的闭环控制(位置环)。
在以图2中的电流环控制执行器的电机运行时，电机控制参数可以为PI控制器(包括第一PI控制器16和第二PI控制器17)输出的电流。
在图1的基础上，步骤S103中的控制电机控制参数不大于所确定的最大值包括：在利用PI控制器对电机的电流进行闭环控制时，控制PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
图3是一示例性实施例提供的预定的对应关系的曲线图。如图3所示，该对应关系中，横轴为PI控制器输出的电流最大值I(由第一PI控制器16和第二PI控制器17输出的两个电流分量计算得到)，纵轴为执行器的温度T。散点为试验的多组数据，曲线为拟合得到的曲线。可以看出，执行器的温度T越大，PI控制器输出的电流最大值I越小。
其中，本领域技术人员能够理解的是，第一PI控制器16和第二PI控制器17输出的电流值分别是dq坐标系中的两个电流分量，可以根据这两个分量计算出总的电流值，再与当前温度对应的最大值进行比较。
该实施例中，预先根据试验的方式确定执行器的温度和PI控制器(包括第一PI控制器16和第二PI控制器17)输出的电流的最大值之间的关系。在以图2中的电流环控制执行器的电机运行的过程中，监测第一PI控制器16和第二PI控制器17输出的电流值，若其小于或等于执行器当前温度对应的最大值，则不采取额外的手段；若其大于执行器当前温度对应的最大值，则控制将当前温度对应的最大值代替第一PI控制器16和第二PI控制器17输出的电流值，输入到第三坐标转换器13中，以继续进行电流的闭环控制。
并且，本领域技术人员能够理解的是，在电机控制过程中，电流环可以单独应用，也可以与速度环、位置环同时应用，在这些控制过程中，均可以应用本公开提供的上述方法。
该实施例中，通过预先试验执行器温度和电流闭环中PI控制器的输出电流之间的关系，在机器人运行过程中，限制该PI控制器的输出电流(传输到第三坐标转换器13的电流)，达到在保持执行器的运行且预防过温的目的。
在又一实施例中，电机控制参数为电机的力矩。在图1的基础上，步骤S103中的控制电机控制参数不大于所确定的最大值包括：
1)根据所确定的电机的力矩的最大值计算电机的电流值。
其中，如何根据电机的力矩计算电机的电流是本领域技术人员所公知的，即电机的力矩和电流之间具有公知的对应关系，此处不再赘述。
该实施例中，预先根据试验的方式确定执行器的温度和电机的力矩的最大值之间的关系。计算出的电机的电流值是根据电机的力矩和电流之间的关系，计算出的与所确定的电机的力矩的最大值对应的电流。
2)在利用PI控制器对电机的电流进行闭环控制时，控制PI控制器(包括第一PI控制器16和第二PI控制器17)输出的电流不大于所计算的电流值，以使电机的力矩不大于所确定的最大值。
若PI控制器输出的电流不大于步骤1)计算得到的电流值，即不大于与(与当前执行器的温度对应的)当前电机的力矩的最大值对应的电流值，则可以认为执行器温度不会发生过温。
该实施例中，通过预先试验执行器温度和电机的力矩之间的关系，在机器人运行过程中，限制该PI控制器的输出电流(传输到第三坐标转换器13的电流)，以达到在保持执行器的运行且预防过温的目的。与上一实施例中电机控制参数为PI控制器输出的电流相比，该实施例中在确定对应关系时获取的试验数据不同(为电机的力矩)，经过换算以后，在机器人运行过程中监测的也是PI控制器的输出电流，同样能够达到预防过温的目的。
在又一实施例中，该方法还可以包括：若所采集的执行器的当前温度高于预定的温度阈值，则输出报警消息。
若所采集的执行器的当前温度高于预定的温度阈值，则可以认为执行器有较大的过温风险，此时可以输出语音、灯光、蜂鸣声等形式的报警消息，也可以向机器人的总控制器或直接向云端发送报警消息，以便共工作人员能够及时采取措施，减小损失。预定的温度阈值可以通过试验或经验得出。
基于相同的发明构思，本公开还提供一种机器人执行器的控制装置。图4是一示例性实施例提供的机器人执行器的控制装置的框图。如图4所示，机器人执行器的控制装置400可以包括采集模块401、第一确定模块402和控制模块403。
采集模块401用于在当前采样周期中，采集执行器的当前温度。
第一确定模块402用于在预定的对应关系中确定出与执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值。其中，对应关系为执行器的温度和电机控制参数的最大值之间的关系。
控制模块403用于在当前采样周期中，控制电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
可选地，电机控制参数为PI控制器输出的电流。控制模块403包括第一控制子模块。
第一控制子模块用于在利用PI控制器对电机的电流进行闭环控制时，控制PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
可选地，电机控制参数为电机的力矩。控制模块403包括计算子模块和第二控制子模块。
计算子模块用于根据所确定的电机的力矩的最大值计算电机的电流值。
第二控制子模块用于在利用PI控制器对电机的电流进行闭环控制时，控制PI控制器输出的电流不大于所计算的电流值，以使电机的力矩不大于所确定的最大值。
可选地，机器人执行器的控制装置400还包括第二确定模块。
第二确定模块用于利用最小二乘法对已有数据进行拟合来确定对应关系。
可选地，机器人执行器的控制装置400还包括输出模块。
输出模块用于若所采集的执行器的当前温度高于预定的温度阈值，则输出报警消息。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
通过上述技术方案，预先确定执行器的温度和电机控制参数的最大值之间的对应关系，在机器人运行过程中，根据该对应关系确定出与执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，并在当前采样周期中，控制电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。这样，若执行器在作业时有过温的趋势，则通过限制其运行功率来保障机器人能够继续运行而不发生过温，由于不需要中断作业，因此避免了因执行器为避免过温而突然停止作业造成的安全问题。
本公开还提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开提供的上述方法的步骤。
本公开还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序。处理器用于执行存储器中的计算机程序，以实现本公开提供的上述方法的步骤。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备500的框图。如图5所示，该电子设备500可以包括：处理器501，存储器502。该电子设备500还可以包括多媒体组件503，输入/输出(I/O)接口504，以及通信组件505中的一者或多者。
其中，处理器501用于控制该电子设备500的整体操作，以完成上述的机器人执行器的控制方法中的全部或部分步骤。存储器502用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备500的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备500上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器502可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件503可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器502或通过通信组件505发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口504为处理器501和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件505用于该电子设备500与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件505可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。
在一示例性实施例中，电子设备500可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的机器人执行器的控制方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的非临时性计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的机器人执行器的控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器502，上述程序指令可由电子设备500的处理器501执行以完成上述的机器人执行器的控制方法。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的机器人执行器的控制方法的代码部分。
本公开还提供一种机器人，包括执行器、电机以及本公开提供的上述机器人执行器的控制装置400。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种机器人执行器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在当前采样周期中，采集所述执行器的当前温度；
在预定的对应关系中确定出与所述执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，其中，所述对应关系为所述执行器的温度和所述电机控制参数的最大值之间的关系；
在所述当前采样周期中，控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机控制参数为PI控制器输出的电流，所述控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，包括：
在利用所述PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机控制参数为电机的力矩，所述控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，包括：
根据所确定的所述电机的力矩的最大值计算所述电机的电流值；
在利用PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所计算的电流值，以使所述电机的力矩不大于所确定的最大值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用最小二乘法对已有数据进行拟合来确定所述对应关系。
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：
若所采集的所述执行器的当前温度高于预定的温度阈值，则输出报警消息。
6.一种机器人执行器的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于在当前采样周期中，采集所述执行器的当前温度；
第一确定模块，用于在预定的对应关系中确定出与所述执行器的当前温度对应的电机控制参数的最大值，其中，所述对应关系为所述执行器的温度和所述电机控制参数的最大值之间的关系；
控制模块，用于在所述当前采样周期中，控制所述电机控制参数不大于所确定的最大值，直至到达下一采样周期。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电机控制参数为PI控制器输出的电流，所述控制模块包括：
第一控制子模块，用于在利用所述PI控制器对所述电机的电流进行闭环控制时，控制所述PI控制器输出的电流不大于所确定的最大值。
8.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
10.一种机器人，其特征在于，包括执行器、电机以及权利要求6或7所述的装置。
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