CN115070776A - 机器人负载范围图的绘制方法、装置和机器人 - Google Patents

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CN115070776A CN202210920194.1A CN202210920194A CN115070776A CN 115070776 A CN115070776 A CN 115070776A CN 202210920194 A CN202210920194 A CN 202210920194A CN 115070776 A CN115070776 A CN 115070776A
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阚君旺
张志波
高小云
郭东生
程宁
万文洁
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Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种机器人负载范围图的绘制方法、装置和机器人，该绘制方法包括：获取多个工况参数组，工况参数组包括关节的参数和负载的参数；根据各工况参数组计算得到对应的各关节的最大力臂，最大力臂为负载的质心距关节的回转轴的最大力臂；根据多个最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，第一距离为负载的质心与输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，第二距离为负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离，第二方向为输出法兰的回转轴的方向；根据第一距离和第二距离的关系式绘制第一距离和第二距离的关系曲线，生成负载范围图，解决了现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。

Description

机器人负载范围图的绘制方法、装置和机器人
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人负载范围图的绘制方法、装置、计算机可读存储介质、处理器和机器人。
背景技术
机器人负载范围图是用户使用时的重要参考指标，用户使用时需要根据其判断机器人能否满足自己的应用场景。由于机器人运行速度、加速度的可调性，负载范围图也需要随之变化，亟需一种负载范围图的快速绘图方法，以满足不同工况的需求。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种机器人负载范围图的绘制方法、装置、计算机可读存储介质、处理器和机器人，以解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人负载范围图的绘制方法，机器人包括多个关节，多个所述关节依次连接，且末尾的所述关节与输出法兰连接，所述输出法兰的端面与夹具连接，所述夹具用于夹持负载，所述绘制方法包括：获取步骤，获取多个工况参数组，所述工况参数组包括所述关节的参数和所述负载的参数，所述工况参数组与所述关节一一对应；第一计算步骤，根据各所述工况参数组计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述最大力臂为所述负载的质心距所述关节的回转轴的最大力臂；确定步骤，根据多个所述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，所述第一距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，所述第二距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，所述第二方向为所述输出法兰的回转轴的方向，各所述第一方向均为与所述第二方向垂直的方向；生成步骤，根据所述第一距离和所述第二距离的关系式绘制所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
可选地，所述关节包括减速机，所述获取步骤包括：以所述减速机的端面中心为原点，以所述减速机的回转轴为Z轴，建立关节坐标系，所述关节坐标系的X轴与Y轴互相垂直，且均与所述Z轴垂直；根据所述关节的质心在所述关节坐标系中的坐标计算得到所述关节的力臂。
可选地，所述关节包括减速机和电机，所述关节的参数包括所述关节的质量、所述关节的力臂、所述关节的减速比、所述关节的传动效率、所述减速机的启停转矩和所述电机的额定转矩，所述负载的参数包括所述负载的质量，所述关节的力臂为所述关节的质心到所述关节的回转轴的距离，所述启停转矩为所述减速机启动的最小转矩，所述第一计算步骤包括：根据各所述工况参数组中的所述减速机的启停转矩、所述电机的额定转矩、所述关节的减速比和所述关节的传动效率计算得到对应的各所述关节的静止转矩；根据各所述关节的静止转矩、各所述关节的质量和各所述关节的力臂计算得到对应的各所述关节的允许负载转矩；根据各所述关节的允许负载转矩和所述负载的质量计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述静止转矩为所述关节静止状态下输出的扭矩。
可选地，所述确定步骤包括：确定末尾的所述关节的所述最大力臂为所述第一距离；根据剩余的所述最大力臂和所述第一距离确定所述第一距离和所述第二距离的关系式。
可选地，所述生成步骤包括：调整所述负载的质量，并依次重复所述第一计算步骤和所述确定步骤至少一次，得到至少一个所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，调整次数与重复次数相等；根据至少两个所述关系曲线生成所述负载范围图。
可选地，所述关节的参数还包括所述关节的加速度、所述关节的转动惯量、所述加速度下的所述减速机的瞬时转矩和所述加速度下的所述电机的瞬时转矩，所述方法还包括：第二计算步骤，根据所述减速机的瞬时转矩和所述电机的瞬时转矩、所述关节的减速比和所述关节的传动效率计算得到对应的各所述关节的运行转矩，所述运行转矩为所述关节在当前的运动状态下的输出扭矩；第三计算步骤，根据所述运行转矩、所述关节的质量、所述关节的力臂、所述最大力臂、所述关节的加速度和所述关节的转动惯量计算得到允许负载惯量。
可选地，在所述第三计算步骤之后，所述方法还包括：调整所述关节的加速度和速度，并依次重复所述第二计算步骤和所述第三计算步骤至少一次，得到至少一个工况下的所述允许负载惯量，调整次数与重复次数相等。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种机器人负载范围图的绘制装置，机器人包括多个关节，多个所述关节依次连接，且末尾的所述关节与输出法兰连接，所述输出法兰的端面与夹具连接，所述夹具用于夹持负载，所述绘制装置包括：获取单元，用于执行获取步骤，获取多个工况参数组，所述工况参数组包括所述关节的参数和所述负载的参数，所述工况参数组与所述关节一一对应；第一计算单元，用于执行第一计算步骤，根根据各所述工况参数组计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述最大力臂为所述负载的质心距所述关节的回转轴的最大力臂；确定单元，用于执行确定步骤，根据多个所述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，所述第一距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，所述第二距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，所述第二方向为所述输出法兰的回转轴的方向，各所述第一方向均为与所述第二方向垂直的方向；生成单元，用于执行生成步骤，根据所述第一距离和所述第二距离的关系式绘制所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种机器人，包括：一个或多个处理器，存储器以及一个或多个程序，其中，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行任意一种所述的方法。
在本发明实施例中，上述机器人负载范围图的绘制方法中，首先，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；然后，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；之后，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；最后，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。该方法通过输入的工况参数计算得到负载的质心距各关节的回转轴的距离，根据多个最大力臂确定负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离和第二方向的距离，生成两者的关系曲线，从而得到负载范围图，即可确定负载在输出法兰附近的停驻范围，实现根据工况参数输入快速生成负载范围图，解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，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示出了根据本申请的一种实施例的机器人负载范围图的绘制方法的流程图；
图2示出了根据本申请的一种实施例的机器人的示意图；
图3示出了根据本申请的一种实施例的机器人局部的示意图；
图4示出了根据本申请的一种实施例的机器人负载范围图的示意图；
图5示出了根据本申请的一种实施例的机器人负载范围图的绘制装置的示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
为了便于描述，以下对本申请实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
负载范围图：用于表征机器人夹持负载可以停驻的位置范围；
减速机的启停转矩：减速机启动最小转矩或者减速机停止的最大转矩。
正如背景技术中所说的，现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题，为了解决上述问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种机器人负载范围图的绘制方法、装置、计算机可读存储介质、处理器和机器人。
根据本申请的实施例，提供了一种机器人负载范围图的绘制方法，机器人包括多个关节，多个上述关节依次连接，且末尾的上述关节与输出法兰连接，上述输出法兰的端面与夹具连接，上述夹具用于夹持负载。
图1是根据本申请实施例的机器人负载范围图的绘制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取步骤，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；
步骤S102，第一计算步骤，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；
步骤S103，确定步骤，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；
步骤S104，生成步骤，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
上述机器人负载范围图的绘制方法中，首先，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；然后，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；之后，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；最后，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。该方法通过输入的工况参数计算得到负载的质心距各关节的回转轴的距离，根据多个最大力臂确定负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离和第二方向的距离，生成两者的关系曲线，从而得到负载范围图，即可确定负载在输出法兰附近的停驻范围，实现根据工况参数输入快速生成负载范围图，解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
需要说明的是，在附图的流程图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。
如图2所示，本申请以六轴机器人为例，六轴机器人包括关节J1、关节J2、关节J3、关节J4、关节J5和关节J6，上述关节J1、上述关节J2、上述关节J3、上述关节J4、上述关节J5和上述关节J6依次连接，且上述关节J6与上述输出法兰连接，负载对末端的三个关节影响较大，即对关节J4、关节J5和关节J6影响较大，在关节J4、关节J5和关节J6能够符合负载的情况下，关节J1、关节J2、关节J3也必然可以，因此，仅根据关节J4、关节J5和关节J6的参数进行计算来绘制负载范围图即可，减少计算量，进一步提高机器人负载范围图绘制的效率。
本申请的一种可选的实施例中，上述关节包括减速机，上述获取步骤包括：以上述减速机的端面中心为原点，以上述减速机的回转轴为Z轴，建立关节坐标系，上述关节坐标系的X轴与Y轴互相垂直，且均与上述Z轴垂直；根据上述关节的质心在上述关节坐标系中的坐标计算得到上述关节的力臂。
上述实施例中，以上述关节的减速机的端面中心为原点且上述关节的回转轴为Z轴建立坐标系，关节J4的坐标系O4-X4Y4Z4、关节J5的坐标系O5-X5Y5Z5和关节J6的坐标系O6-X6Y6Z6如图2所示，根据上述关节的质心的坐标计算上述关节的质心到上述关节的回转轴的距离，得到上述关节的力臂，即力臂Ri＝(x2+y2)0.5，其中，i＝4，5或6，x为上述关节Ji的质心的X轴坐标，y为上述关节Ji的质心的Y轴坐标。
为了防止负载离关节过远会导致关节无法承载负载，使得负载无法停驻在预定位置，本申请的一种可选的实施例中，上述关节包括减速机和电机，上述关节的参数包括上述关节的质量、上述关节的力臂、上述关节的减速比、上述关节的传动效率、上述减速机的启停转矩和上述电机的额定转矩，上述负载的参数包括上述负载的质量，上述关节的力臂为上述关节的质心到上述关节的回转轴的距离，上述启停转矩为上述减速机启动的最小转矩，上述第一计算步骤包括：根据各上述工况参数组中的上述减速机的启停转矩、上述电机的额定转矩、上述关节的减速比和上述关节的传动效率计算得到对应的各上述关节的静止转矩；根据各上述关节的静止转矩、各上述关节的质量和各上述关节的力臂计算得到对应的各上述关节的允许负载转矩；根据各上述关节的允许负载转矩和上述负载的质量计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述静止转矩为上述关节静止状态下输出的扭矩。
上述实施例中，上述关节Ji的静止转矩T01i的公式为T01i＝min(Tg1i,Tm1i*Ii*etai)，其中，Tg1i为上述关节的减速机的启停转矩，Tm1i为上述关节的电机的额定转矩，Ii为上述关节的减速比，etai为上述关节的传动效率，上述关节的静止转矩T01i为上述关节Ji静止状态下的最大转矩，上述关节的静止转矩T01i减去关节自身重力转矩即可得到用于承载负载的转矩，即允许负载转矩TLi，允许负载转矩TLi的计算公式为TLi＝T01i-Mi*g*Ri，其中，Mi为上述关节Ji的质量，根据允许负载转矩TLi即可计算上述关节J承载负载的最大力臂，即上述关节的最大力臂ri，最大力臂ri的计算公式为ri＝TLi/m/g，其中，m为负载的质量，上述计算方法即可计算得到各个关节承载负载的最大力臂，只要上述负载与上述关节之间的力臂不超过最大力臂，即可保证负载可以停驻在当前位置上。
为了保证负载的停止位置与各关节之间的力臂均不会超过对应的最大力臂，本申请的一种可选的实施例中，上述确定单元包括：确定末尾的上述关节的上述最大力臂为上述第一距离；根据剩余的上述最大力臂和上述第一距离确定上述第一距离和上述第二距离的关系式。
上述实施例中，上述第一方向和上述第二方向如图3所示，负载移动位置距离输出法兰的回转轴LZ的最大距离就是上述关节J6的最大力臂，即上述第一距离LXY＝r6，即上述关节J6的最大力臂，上述第二距离LZ＝(min(r4，r5)2-LXY2)0.5-L0，其中，L0为上述关节J5的回转轴与输出法兰的距离，上述关节J4和上述关节J5中较小的最大力臂在上述第二方向的分量减去上述关节J5的回转轴与输出法兰的距离，即可得到负载在上述第二方向距离输出法兰的最大距离，即上述第二距离LZ。
本申请的一种可选的实施例中，上述生成步骤包括：调整上述负载的质量，并依次重复上述第一计算步骤和上述确定步骤至少一次，得到至少一个上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，调整次数与重复次数相等；根据至少两个上述关系曲线生成上述负载范围图。
上述实施例中，每调整负载的质量一次，重复计算一次，得到一个上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，使得负载的质量与上述关系曲线一一对应，即可得到针对多个不同质量的负载范围图，如图4所示，实际应用中，可以根据待搬运的物品的质量作为负载质量，生成针对该待搬运的物品的负载范围图，保证搬运物品时在负载范围图允许的范围内搬运，避免超出承载能力导致物品脱落损坏。
由于上述负载范围图只能负载静止状态可以停驻的位置范围，对于搬运过程是否会超出承载能力没有指导意义，为了保证搬运过程中不出现负载脱落的情况，本申请的一种可选的实施例中，上述关节的参数还包括上述关节的加速度、上述关节的转动惯量、上述加速度下的上述减速机的瞬时转矩和上述加速度下的上述电机的瞬时转矩，上述方法还包括：第二计算步骤，根据上述减速机的瞬时转矩和上述电机的瞬时转矩、上述关节的减速比和上述关节的传动效率计算得到对应的各上述关节的运行转矩，上述运行转矩为上述关节在当前的运动状态下的输出扭矩；第三计算步骤，根据上述运行转矩、上述关节的质量、上述关节的力臂、上述最大力臂、上述关节的加速度和上述关节的转动惯量计算得到允许负载惯量。
上述实施例中，上述关节Ji的运行转矩T02i的公式为T02i＝min(Tg2i,Tm2i*Ii*etai)，其中，Tg2i为上述加速度thetai下的上述减速机的瞬时转矩，上述关节的运行转矩T02i为上述关节Ji运行状态下的最大转矩，Tm2i为上述加速度thetai下的上述电机的瞬时转矩，允许负载惯量JLmi＝(T02i-Mi*g*Ri-Mi*ri*g)/thetai-m*ri*ri-Ji；其中，thetai为上述关节的加速度，thetai＝2*w/t，w为关节速度，t为加速时间，Ji为上述关节的转动惯量，即可根据允许负载惯量JLmi防止搬运过程超出承载能力导致负载脱落。
本申请的一种可选的实施例中，在上述第三计算步骤之后，上述方法还包括：调整上述关节的加速度和速度，并依次重复上述第二计算步骤和上述第三计算步骤至少一次，得到至少一个工况下的上述允许负载惯量，调整次数与重复次数相等。
上述实施例中，每调整加速度和速度一次，重复计算一次，得到一个允许负载惯量，使得负载的加速度与上述允许负载惯量一一对应，即可得到针对多个不同加速度和速度工况的允许负载惯量，保证搬运负载时，避免超出承载能力导致负载脱落损坏。
本申请实施例还提供了一种机器人负载范围图的绘制装置，需要说明的是，本申请实施例的机器人负载范围图的绘制装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于机器人负载范围图的绘制方法。以下对本申请实施例提供的机器人负载范围图的绘制装置进行介绍，机器人包括多个关节，多个上述关节依次连接，且末尾的上述关节与输出法兰连接，上述输出法兰的端面与夹具连接，上述夹具用于夹持负载。
图5是根据本申请实施例的机器人负载范围图的绘制装置的示意图。如图5所示，该装置包括：
获取单元10，用于执行获取步骤，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；
第一计算单元20，用于执行第一计算步骤，根根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；
确定单元30，用于执行确定步骤，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；
生成单元40，用于执行生成步骤，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
上述机器人负载范围图的绘制装置中，获取单元获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；第一计算单元根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；确定单元根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；生成单元根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。该装置通过输入的工况参数计算得到负载的质心距各关节的回转轴的距离，根据多个最大力臂确定负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离和第二方向的距离，生成两者的关系曲线，从而得到负载范围图，即可确定负载在输出法兰附近的停驻范围，实现根据工况参数输入快速生成负载范围图，解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
如图2所示，本申请以六轴机器人为例，六轴机器人包括关节J1、关节J2、关节J3、关节J4、关节J5和关节J6，上述关节J1、上述关节J2、上述关节J3、上述关节J4、上述关节J5和上述关节J6依次连接，且上述关节J6与上述输出法兰连接，负载对末端的三个关节影响较大，即对关节J4、关节J5和关节J6影响较大，在关节J4、关节J5和关节J6能够符合负载的情况下，关节J1、关节J2、关节J3也必然可以，因此，仅根据关节J4、关节J5和关节J6的参数进行计算来绘制负载范围图即可，减少计算量，进一步提高机器人负载范围图绘制的效率。
本申请的一种可选的实施例中，上述获取单元包括建立模块和第一计算模块，其中，上述建立模块用于以上述减速机的端面中心为原点，以上述减速机的回转轴为Z轴，建立关节坐标系，上述关节坐标系的X轴与Y轴互相垂直，且均与上述Z轴垂直；上述第一计算模块用于根据上述关节的质心在上述关节坐标系中的坐标计算得到上述关节的力臂。
上述实施例中，以上述关节的减速机的端面中心为原点且上述关节的回转轴为Z轴建立坐标系，关节J4的坐标系O4-X4Y4Z4、关节J5的坐标系O5-X5Y5Z5和关节J6的坐标系O6-X6Y6Z6如图2所示，根据上述关节的质心的坐标计算上述关节的质心到上述关节的回转轴的距离，得到上述关节的力臂，即力臂Ri＝(x2+y2)0 . 5，其中，i＝4，5或6，x为上述关节Ji的质心的X轴坐标，y为上述关节Ji的质心的Y轴坐标。
为了防止负载离关节过远会导致关节无法承载负载，使得负载无法停驻在预定位置，本申请的一种可选的实施例中，上述关节包括减速机和电机，上述关节的参数包括上述关节的质量、上述关节的力臂、上述关节的减速比、上述关节的传动效率、上述减速机的启停转矩和上述电机的额定转矩，上述负载的参数包括上述负载的质量，上述关节的力臂为上述关节的质心到上述关节的回转轴的距离，上述启停转矩为上述减速机启动的最小转矩，上述第一计算单元包括第二计算模块、第三计算模块和第四计算模块，其中，上述第二计算模块用于根据各上述工况参数组中的上述减速机的启停转矩、上述电机的额定转矩、上述关节的减速比和上述关节的传动效率计算得到对应的各上述关节的静止转矩；上述第三计算模块用于根据各上述关节的静止转矩、各上述关节的质量和各上述关节的力臂计算得到对应的各上述关节的允许负载转矩；上述第四计算模块用于根据各上述关节的允许负载转矩和上述负载的质量计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述静止转矩为上述关节静止状态下输出的扭矩。
上述实施例中，上述关节Ji的静止转矩T01i的公式为T01i＝min(Tg1i,Tm1i*Ii*etai)，其中，Tg1i为上述关节的减速机的启停转矩，Tm1i为上述关节的电机的额定转矩，Ii为上述关节的减速比，etai为上述关节的传动效率，上述关节的静止转矩T01i为上述关节Ji静止状态下的最大转矩，上述关节的静止转矩T01i减去关节自身重力转矩即可得到用于承载负载的转矩，即允许负载转矩TLi，允许负载转矩TLi的计算公式为TLi＝T01i-Mi*g*Ri，其中，Mi为上述关节Ji的质量，根据允许负载转矩TLi即可计算上述关节J承载负载的最大力臂，即上述关节的最大力臂ri，最大力臂ri的计算公式为ri＝TLi/m/g，其中，m为负载的质量，上述计算方法即可计算得到各个关节承载负载的最大力臂，只要上述负载与上述关节之间的力臂不超过最大力臂，即可保证负载可以停驻在当前位置上。
为了保证负载的停止位置与各关节之间的力臂均不会超过对应的最大力臂，本申请的一种可选的实施例中，上述确定单元包括第一确定模块和第二确定模块，其中，上述第一确定模块用于确定末尾的上述关节的上述最大力臂为上述第一距离；上述第二确定模块用于根据剩余的上述最大力臂和上述第一距离确定上述第一距离和上述第二距离的关系式。
上述实施例中，上述第一方向和上述第二方向如图3所示，负载移动位置距离输出法兰的回转轴LZ的最大距离就是上述关节J6的最大力臂，即上述第一距离LXY＝r6，即上述关节J6的最大力臂，上述第二距离LZ＝(min(r4，r5)2-LXY2)0 . 5-L0，其中，L0为上述关节J5的回转轴与输出法兰的距离，上述关节J4和上述关节J5中较小的最大力臂在上述第二方向的分量减去上述关节J5的回转轴与输出法兰的距离，即可得到负载在上述第二方向距离输出法兰的最大距离，即上述第二距离LZ。
本申请的一种可选的实施例中，上述生成单元包括调整模块和生成模块，其中，上述调整模块用于调整上述负载的质量，并依次重复上述第一计算步骤和上述确定步骤至少一次，得到至少一个上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，调整次数与重复次数相等；上述生成模块用于根据至少两个上述关系曲线生成上述负载范围图。
上述实施例中，每调整负载的质量一次，重复计算一次，得到一个上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，使得负载的质量与上述关系曲线一一对应，即可得到针对多个不同质量的负载范围图，如图4所示，实际应用中，可以根据待搬运的物品的质量作为负载质量，生成针对该待搬运的物品的负载范围图，保证搬运物品时在负载范围图允许的范围内搬运，避免超出承载能力导致物品脱落损坏。
由于上述负载范围图只能负载静止状态可以停驻的位置范围，对于搬运过程是否会超出承载能力没有指导意义，为了保证搬运过程中不出现负载脱落的情况，本申请的一种可选的实施例中，上述关节的参数还包括上述关节的加速度、上述关节的转动惯量、上述加速度下的上述减速机的瞬时转矩和上述加速度下的上述电机的瞬时转矩，上述装置还包括第二计算单元和第三计算单元，上述第二计算单元用于执行第二计算步骤，根据上述减速机的瞬时转矩和上述电机的瞬时转矩、上述关节的减速比和上述关节的传动效率计算得到对应的各上述关节的运行转矩，上述运行转矩为上述关节在当前的运动状态下的输出扭矩；上述第三计算单元用于第三计算步骤，根据上述运行转矩、上述关节的质量、上述关节的力臂、上述最大力臂、上述关节的加速度和上述关节的转动惯量计算得到允许负载惯量。
上述实施例中，上述关节Ji的运行转矩T02i的公式为T02i＝min(Tg2i,Tm2i*Ii*etai)，其中，Tg2i为上述加速度thetai下的上述减速机的瞬时转矩，上述关节的运行转矩T02i为上述关节Ji运行状态下的最大转矩，Tm2i为上述加速度thetai下的上述电机的瞬时转矩，允许负载惯量JLmi＝(T02i-Mi*g*Ri-Mi*ri*g)/thetai-m*ri*ri-Ji；其中，thetai为上述关节的加速度，thetai＝2*w/t，w为关节速度，t为加速时间，Ji为上述关节的转动惯量，即可根据允许负载惯量JLmi防止搬运过程超出承载能力导致负载脱落。
本申请的一种可选的实施例中，上述装置还包括第四计算单元，上述第四计算单元用于在上述第三计算步骤之后，调整上述关节的加速度和速度，并依次重复上述第二计算步骤和上述第三计算步骤至少一次，得到至少一个工况下的上述允许负载惯量，调整次数与重复次数相等。
上述实施例中，每调整加速度和速度一次，重复计算一次，得到一个允许负载惯量，使得负载的加速度与上述允许负载惯量一一对应，即可得到针对多个不同加速度和速度工况的允许负载惯量，保证搬运负载时，避免超出承载能力导致负载脱落损坏。
上述机器人负载范围图的绘制装置包括处理器和存储器，上述获取单元、第一计算单元、确定单元和生成单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明实施例提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述方法。
本发明实施例提供了一种机器人，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现至少以下步骤：
步骤S101，获取步骤，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；
步骤S102，第一计算步骤，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；
步骤S103，确定步骤，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；
步骤S104，生成步骤，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有至少如下方法步骤的程序：
步骤S101，获取步骤，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；
步骤S102，第一计算步骤，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；
步骤S103，确定步骤，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；
步骤S104，生成步骤，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
上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单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以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计算机可读存储介质中。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计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的机器人负载范围图的绘制方法中，首先，获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；然后，根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；之后，根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；最后，根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。该方法通过输入的工况参数计算得到负载的质心距各关节的回转轴的距离，根据多个最大力臂确定负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离和第二方向的距离，生成两者的关系曲线，从而得到负载范围图，即可确定负载在输出法兰附近的停驻范围，实现根据工况参数输入快速生成负载范围图，解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
2)、本申请的机器人负载范围图的绘制装置中，获取单元获取多个工况参数组，上述工况参数组包括上述关节的参数和上述负载的参数，上述工况参数组与上述关节一一对应；第一计算单元根据各上述工况参数组计算得到对应的各上述关节的最大力臂，上述最大力臂为上述负载的质心距上述关节的回转轴的最大力臂；确定单元根据多个上述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，上述第一距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，上述第二距离为上述负载的质心与上述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，上述第二方向为上述输出法兰的回转轴的方向，各上述第一方向均为与上述第二方向垂直的方向；生成单元根据上述第一距离和上述第二距离的关系式绘制上述第一距离和上述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。该装置通过输入的工况参数计算得到负载的质心距各关节的回转轴的距离，根据多个最大力臂确定负载的质心与输出法兰的端面中心在第二方向的距离和第二方向的距离，生成两者的关系曲线，从而得到负载范围图，即可确定负载在输出法兰附近的停驻范围，实现根据工况参数输入快速生成负载范围图，解决现有技术中无法根据工况的调整快速绘制机器人负载范围图的问题。
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 (11)

1.一种机器人负载范围图的绘制方法，其特征在于，机器人包括多个关节，多个所述关节依次连接，且末尾的所述关节与输出法兰连接，所述输出法兰的端面与夹具连接，所述夹具用于夹持负载，所述绘制方法包括：
获取步骤，获取多个工况参数组，所述工况参数组包括所述关节的参数和所述负载的参数，所述工况参数组与所述关节一一对应；
第一计算步骤，根据各所述工况参数组计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述最大力臂为所述负载的质心距所述关节的回转轴的最大力臂；
确定步骤，根据多个所述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，所述第一距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，所述第二距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，所述第二方向为所述输出法兰的回转轴的方向，各所述第一方向均为与所述第二方向垂直的方向；
生成步骤，根据所述第一距离和所述第二距离的关系式绘制所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节包括减速机，所述获取步骤包括：
以所述减速机的端面中心为原点，以所述减速机的回转轴为Z轴，建立关节坐标系，所述关节坐标系的X轴与Y轴互相垂直，且均与所述Z轴垂直；
根据所述关节的质心在所述关节坐标系中的坐标计算得到所述关节的力臂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节包括减速机和电机，所述关节的参数包括所述关节的质量、所述关节的力臂、所述关节的减速比、所述关节的传动效率、所述减速机的启停转矩和所述电机的额定转矩，所述负载的参数包括所述负载的质量，所述关节的力臂为所述关节的质心到所述关节的回转轴的距离，所述启停转矩为所述减速机启动的最小转矩，所述第一计算步骤包括：
根据各所述工况参数组中的所述减速机的启停转矩、所述电机的额定转矩、所述关节的减速比和所述关节的传动效率计算得到对应的各所述关节的静止转矩；
根据各所述关节的静止转矩、各所述关节的质量和各所述关节的力臂计算得到对应的各所述关节的允许负载转矩；
根据各所述关节的允许负载转矩和所述负载的质量计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述静止转矩为所述关节静止状态下输出的扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括：
确定末尾的所述关节的所述最大力臂为所述第一距离；
根据剩余的所述最大力臂和所述第一距离确定所述第一距离和所述第二距离的关系式。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述生成步骤包括：
调整所述负载的质量，并依次重复所述第一计算步骤和所述确定步骤至少一次，得到至少一个所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，调整次数与重复次数相等；
根据至少两个所述关系曲线生成所述负载范围图。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述关节的参数还包括所述关节的加速度、所述关节的转动惯量、所述加速度下的所述减速机的瞬时转矩和所述加速度下的所述电机的瞬时转矩，所述方法还包括：
第二计算步骤，根据所述减速机的瞬时转矩和所述电机的瞬时转矩、所述关节的减速比和所述关节的传动效率计算得到对应的各所述关节的运行转矩，所述运行转矩为所述关节在当前的运动状态下的输出扭矩；
第三计算步骤，根据所述运行转矩、所述关节的质量、所述关节的力臂、所述最大力臂、所述关节的加速度和所述关节的转动惯量计算得到允许负载惯量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第三计算步骤之后，所述方法还包括：
调整所述关节的加速度和速度，并依次重复所述第二计算步骤和所述第三计算步骤至少一次，得到至少一个工况下的所述允许负载惯量，调整次数与重复次数相等。
8.一种机器人负载范围图的绘制装置，其特征在于，机器人包括多个关节，多个所述关节依次连接，且末尾的所述关节与输出法兰连接，所述输出法兰的端面与夹具连接，所述夹具用于夹持负载，所述绘制装置包括：
获取单元，用于执行获取步骤，获取多个工况参数组，所述工况参数组包括所述关节的参数和所述负载的参数，所述工况参数组与所述关节一一对应；
第一计算单元，用于执行第一计算步骤，根根据各所述工况参数组计算得到对应的各所述关节的最大力臂，所述最大力臂为所述负载的质心距所述关节的回转轴的最大力臂；
确定单元，用于执行确定步骤，根据多个所述最大力臂确定第一距离和第二距离的关系式，所述第一距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在多个第一方向的最大力臂，所述第二距离为所述负载的质心与所述输出法兰的端面中心在第二方向的距离，所述第二方向为所述输出法兰的回转轴的方向，各所述第一方向均为与所述第二方向垂直的方向；
生成单元，用于执行生成步骤，根据所述第一距离和所述第二距离的关系式绘制所述第一距离和所述第二距离的关系曲线，生成负载范围图。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
11.一种机器人，其特征在于，包括：一个或多个处理器，存储器以及一个或多个程序，其中，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
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