CN115070823B - 关节刚度检测方法、机器人运动控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种关节刚度检测方法、机器人运动控制方法及相关装置，涉及机器人技术领域。本申请通过在承载底座上固定安装负载施加单元并可拆卸安装待检测机器人关节，使负载施加单元通过第一联轴器与待检测机器人关节固定连接，由负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加外部扭矩负载，接着通过扭转角采集单元采集待检测机器人关节在外部扭矩负载作用下产生的扭转角度，然后由数据处理单元获取处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，从而得以通过简单的系统组成快速且精准地测定出机器人关节的关节刚度特性分布状况，以便于后续高精准度的机器人控制补偿作业的有效开展。

Description

关节刚度检测方法、机器人运动控制方法及相关装置

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种关节刚度检测方法、机器人运动控制方法及相关装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人技术因具有极大的研究价值及应用价值受到了各行各业的广泛重视，各行各业对机器人运行控制精度的控制要求也在不断提高。而对机器人运行控制作业来说，机器人关节在运动控制过程中的关节形变状况是影响机器人运行控制精度的一项重要因素，需要对机器人关节中关键部件(例如，由减速机、减速机输入轴以及电机等组成的关节部位)进行精准地控制补偿，才能有效克服机器人关节形变状况对机器人运行控制精度的负面影响，确保机器人达到预期控制效果。因此，如何精准测定机器人关节的关节刚度特性状况，以便于精准量化机器人关节在运动控制过程中的关节形变状况，便是在机器人运行控制过程中亟需解决的一项重要问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种关节刚度检测方法、机器人运动控制方法及相关装置，能够通过极为简单的系统组成快速且精准地测定出机器人关节在不同外部扭矩负载作用下的关节刚度特性状况，以便于后续机器人运行控制过程中的高精准度控制补偿作业的有效开展。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种关节刚度检测系统，所述检测系统包括承载底座、负载施加单元、扭转角采集单元、数据处理单元及第一联轴器；

所述负载施加单元固定安装在所述承载底座上，待检测机器人关节可拆卸地安装在所述承载底座上，其中所述负载施加单元通过所述第一联轴器与所述待检测机器人关节固定连接，用于在处于制动状态的所述待检测机器人关节上施加外部扭矩负载；

所述扭转角采集单元用于采集处于制动状态的所述待检测机器人关节在所述外部扭矩负载作用下产生的扭转角度；

所述数据处理单元与所述负载施加单元和所述扭转角采集单元分别通信连接，用于获取处于制动状态的所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。

在可选的实施方式中，所述负载施加单元包括扭矩传感器、第二联轴器及负载输出组件，其中所述第二联轴器与所述第一联轴器各自的旋转轴相互重合；

所述扭矩传感器通过所述第二联轴器与所述负载输出组件固定连接，用于检测所述负载输出组件产生的扭矩负载；

所述扭矩传感器通过所述第一联轴器与所述待检测机器人关节的电机转轴固定连接，用于将所述负载输出组件产生的扭矩负载传递到所述待检测机器人关节上。

在可选的实施方式中，所述负载输出组件包括伺服电机及减速机；

所述伺服电机的电机转轴经所述减速机与连接所述扭矩传感器的所述第二联轴器固定连接，其中所述减速机用于调节所述伺服电机输出的扭矩负载大小。

在可选的实施方式中，所述检测系统还包括供电单元；

所述供电单元与所述负载施加单元、所述扭转角采集单元及所述数据处理单元分别电性连接，用于向所述负载施加单元、所述扭转角采集单元及所述数据处理单元分别提供电能。

第二方面，本申请提供一种关节刚度检测方法，所述检测方法应用于前述实施方式中任意一项所述的关节刚度检测系统，所述检测方法包括：

控制负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加不同数值的外部扭矩负载，并控制扭转角采集单元采集所述待检测机器人关节在对应外部扭矩负载作用下产生的扭转角度；

调用数据处理单元根据所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下产生的扭转角度数据，计算所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值；

调用所述数据处理单元对所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。

在可选的实施方式中，机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系采用如下式子进行表示：

Τ＝K*Δq；

其中，Τ用于表示机器人关节当前所受的外部扭矩负载，K用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的刚度参数，Δq用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的扭转角度。

第三方面，本申请提供一种机器人运动控制方法，所述控制方法包括：

获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度；

根据预存的所述目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与所述实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中所述目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用前述实施方式所述的关节刚度检测方法对所述目标机器人关节进行检测得到；

根据所述实际关节角度、所述目标刚度参数值及所述关节控制指令包括的期望关节角度，计算所述目标机器人关节按照所述关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩；

根据所述待补偿关节扭矩对所述关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令；

按照所述目标控制指令控制所述目标机器人关节进行运动。

第四方面，本申请提供一种机器人运动控制装置，所述控制装置包括：

关节数据获取模块，用于获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度；

关节刚度计算模块，用于根据预存的所述目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与所述实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中所述目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用前述实施方式所述的关节刚度检测方法对所述目标机器人关节进行检测得到；

补偿扭矩计算模块，用于根据所述实际关节角度、所述目标刚度参数值及所述关节控制指令包括的期望关节角度，计算所述目标机器人关节按照所述关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩；

关节指令补偿模块，用于根据所述待补偿关节扭矩对所述关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令；

关节运动控制模块，用于按照所述目标控制指令控制所述目标机器人关节进行运动。

第五方面，本申请提供一种机器人控制设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，实现前述实施方式所述的机器人运动控制方法。

第六方面，本申请提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述实施方式中任意一项所述的关节刚度检测方法，或者实现前述实施方式所述的机器人运动控制方法。

在此情况下，本申请实施例的有益效果包括以下内容：

本申请通过在承载底座上固定安装负载施加单元并可拆卸安装待检测机器人关节，使负载施加单元通过第一联轴器与待检测机器人关节固定连接，由负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加外部扭矩负载，接着通过扭转角采集单元采集处于制动状态的待检测机器人关节在外部扭矩负载作用下产生的扭转角度，然后由数据处理单元获取处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，从而得以通过极为简单的系统组成快速且精准地测定出待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下的关节刚度特性状况，以便于后续机器人运行控制过程中的高精准度控制补偿作业的有效开展。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的关节刚度检测系统的系统组成示意图之一；

图2为本申请实施例提供的关节刚度检测系统的系统组成示意图之二；

图3为本申请实施例提供的关节刚度检测方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的机器人控制设备的设备组成示意图；

图5为本申请实施例提供的机器人运动控制方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的机器人运动控制装置的装置组成示意图。

图标：10-关节刚度检测系统；11-承载底座；12-负载施加单元；13-第一联轴器；14-扭转角采集单元；15-数据处理单元；121-扭矩传感器；122-第二联轴器；123-负载输出组件；124-伺服电机；125-减速机；16-供电单元；20-机器人控制设备；21-存储器；22-处理器；23-通信单元；200-机器人运动控制装置；210-关节数据获取模块；220-关节刚度计算模块；230-补偿扭矩计算模块；240-关节指令补偿模块；250-关节运动控制模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，可以理解的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

请结合参照图1及图2，其中图1是本申请实施例提供的关节刚度检测系统10的系统组成示意图之一，图2是本申请实施例提供的关节刚度检测系统10的系统组成示意图之二。在本申请实施例中，所述关节刚度检测系统10具有较为简单的系统组成，并能够针对待检测机器人关节的关节刚度特性分布状况进行快速且精准地检测。其中，所述关节刚度检测系统10可以包括承载底座11、负载施加单元12、扭转角采集单元14、数据处理单元15及第一联轴器13。

在本实施例中，所述负载施加单元12固定安装在所述承载底座11上，所述待检测机器人关节可拆卸地安装在所述承载底座11上，并可在安装在所述承载底座11上时通过第一联轴器13与所述负载施加单元12固定连接，以确保所述待检测机器人关节能够与所述负载施加单元12同步转动。其中，所述负载施加单元12能够在与所述待检测机器人关节固定连接的情况下，在处于制动状态的待检测机器人关节上施加不同数值的外部扭矩负载，使待检测机器人关节得以利用自身的关节刚度特性对所述外部扭矩负载进行响应进而产生对应的扭转角度，所述扭转角度为对应待检测机器人关节在处于制动状态下因外部扭矩负载所出现的电机转动角度。

可选地，在本实施例中，所述负载施加单元12包括扭矩传感器121、第二联轴器122及负载输出组件123，所述扭矩传感器121通过所述第二联轴器122与所述负载输出组件123固定连接，所述扭矩传感器121通过所述第一联轴器13与所述待检测机器人关节的电机转轴固定连接。其中，所述负载输出组件123用于对外输出不同数值的扭矩负载；所述第二联轴器122与所述第一联轴器13具有共用的旋转轴，以确保所述负载输出组件123产生的扭矩负载能够经所述第二联轴器122、所述扭矩传感器121及所述所述第一联轴器13传递到所述待检测机器人关节上，其中所述扭矩传感器121能够有效检测所述负载输出组件123所产生的扭矩负载，所述扭矩传感器121可采用高精度扭矩传感器来确保所述关节刚度检测系统10的检测精度。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述负载输出组件123可以包括伺服电机124及减速机125，所述伺服电机124的电机转轴经所述减速机125与连接所述扭矩传感器121的所述第二联轴器122固定连接，其中所述减速机125用于调节所述伺服电机124对外输出的扭矩负载大小。

在本实施例中，所述扭转角采集单元14用于采集处于制动状态的所述待检测机器人关节在所述负载施加单元12输出的外部扭矩负载作用下产生的扭转角度，其中所述扭转角采集单元14可通过对所述待检测机器人关节在制动状态下的减速机转动角度进行采集来得到对应的扭转角度。而当所述负载施加单元12输出固定的外部扭矩负载，所述扭转角采集单元14对应采集到的所述待检测机器人关节在制动状态下产生的扭转角度，往往会因待检测机器人关节的关节刚度特性的不同而不同。

在本实施例中，所述数据处理单元15与所述负载施加单元12和所述扭转角采集单元14分别通信连接，用于获取所述负载施加单元12在处于制动状态的待检测机器人关节上施加的外部扭矩负载大小，并获取所述扭转角采集单元14采集到的待检测机器人关节在对应外部扭矩负载作用下产生的扭转角度数值，接着对处于制动状态的所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。其中，所述数据处理单元15可通过利用最小二乘法执行上述数据拟合作业，得到待检测机器人关节的关节刚度特性分布状况(即上述刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系)。

其中，所述数据处理单元15可利用机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系，将处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下的扭转角度数值代入到前述运动学关系中，确定处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值，并通过对不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。其中，所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系可以呈阶段性变化，即所述待检测机器人关节在制动状态下的每个刚度参数数值对应一个外部扭矩负载数值区间；所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系可以呈点对点地变化，即所述待检测机器人关节在制动状态下的每个刚度参数数值单独对应一个外部扭矩负载数值。

在此过程中，机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系采用如下式子进行表示：

Τ＝K*Δq；

其中，Τ用于表示机器人关节当前所受的外部扭矩负载，K用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的刚度参数，Δq用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的扭转角度。

由此，本申请提供的所述关节刚度检测系统10能够通过极为简单的系统组成快速且精准地测定出待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下的关节刚度特性状况，以便于后续机器人运行控制过程中的高精准度控制补偿作业的有效开展。

可以理解的是，通过上述关节刚度检测系统10完成对待检测机器人关节的关节刚度特性状况的测定操作后，可基于测定出的关节刚度特性状况进行特性验证，以修正所述待检测机器人关节的关节刚度特性状况，确保修正后的关节刚度特性状况具有更高的精准度。

可选地，请再次参照图2，在本申请实施例中，所述关节刚度检测系统10还可以包括供电单元16；所述供电单元16与所述负载施加单元12、所述扭转角采集单元14及所述数据处理单元15分别电性连接，用于向所述负载施加单元12、所述扭转角采集单元14及所述数据处理单元15分别提供电能，以确保所述所述负载施加单元12、所述扭转角采集单元14及所述数据处理单元15各自能够正常运行。其中，所述供电单元16可由多个供电模块组合形成，每个供电模块单独为所述关节刚度检测系统10的一个作业单元(例如，所述负载施加单元12、所述扭转角采集单元14或所述数据处理单元15)进行供电。

在本申请中，为确保上述关节刚度检测系统10能够快速且精准地测定出机器人关节的关节刚度特性分布状况，以便于后续高精准度的机器人控制补偿作业的有效开展，本申请实施例通过提供一种应用于上述关节刚度检测系统10的关节刚度检测方法实现前述目的。下面对本申请提供的关节刚度检测方法进行详细描述。

请参照图3，图3是本申请实施例提供的关节刚度检测方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述关节刚度检测方法可以包括步骤S310～步骤S330。

步骤S310，控制负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加不同数值的外部扭矩负载，并控制扭转角采集单元采集待检测机器人关节在对应外部扭矩负载作用下产生的扭转角度。

在本实施例中，可通过将安装在所述承载底座11上的待检测机器人关节电机使能刹车，使所述待检测机器人关节处于制动状态，而后通过调整所述负载施加单元12施加在处于制动状态的待检测机器人关节上外部扭矩负载，并同步地通过所述扭转角采集单元14采集待检测机器人关节在对应外部扭矩负载作用下产生的扭转角度。

步骤S320，调用数据处理单元根据待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下产生的扭转角度数据，计算待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值。

在本实施例中，可通过所述数据处理单元15基于机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系，结合处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下产生的扭转角度数据，计算得到处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值。

在此过程中，所述机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系采用如下式子进行表示：

Τ＝K*Δq；

其中，Τ用于表示机器人关节当前所受的外部扭矩负载，K用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的刚度参数，Δq用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的扭转角度。

步骤S330，调用数据处理单元对待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值进行数据拟合，得到待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。

在本实施例中，所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系用于表征对应待检测机器人关节在不同外部扭矩负载下的刚度特性分布状况。所述数据处理单元15可利用最小二乘法执行上述数据拟合作业，得到待检测机器人关节的关节刚度特性分布状况。

由此，本申请可通过执行上述步骤S310～步骤S330，利用上述关节刚度检测系统10快速且精准地测定出机器人关节的关节刚度特性分布状况，以便于后续高精准度的机器人控制补偿作业的有效开展。

请参照图4，图4是本申请实施例提供的机器人控制设备20的设备组成示意图。在本申请实施例中，所述机器人控制设备20可以与至少一个作业机器人通信连接，并针对每个作业机器人，根据该作业机器人的机器人关节的关节刚度特性分布状况，在该作业机器人的运动控制过程中对该作业机器人进行精准地控制补偿，确保该作业机器人达到预期控制效果。

此外，所述机器人控制设备20也可以独自部署在单个作业机器人，使其仅可对所述机器人控制设备20所在的作业机器人进行控制。其中，上述作业机器人可以是，但不限于，双足机器人、焊接机器人、涂胶机器人、装卸机械臂等。

在本实施例中，所述机器人控制设备20可以包括存储器21、处理器22、通信单元23及机器人运动控制装置200。其中，所述存储器21、所述处理器22及所述通信单元23各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述存储器21、所述处理器22及所述通信单元23这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

在本实施例中，所述存储器21可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，所述存储器21用于存储计算机程序，所述处理器22在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序；所述存储器21还可以存储所述机器人控制设备20所能控制的所有作业机器人各自的机器人关节的关节刚度特性分布状况。

在本实施例中，所述处理器22可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述处理器22可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)及网络处理器(Network Processor，NP)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

在本实施例中，所述通信单元23用于通过网络建立所述机器人控制设备20与某个或某几个作业机器人之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。例如，所述机器人控制设备20可以通过所述通信单元23向某个作业机器人发送运动控制指令。

在本实施例中，所述机器人运动控制装置200包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述存储器21中或固化在所述机器人控制设备20的操作系统中的软件功能模块。所述处理器22可用于执行所述存储器21存储的可执行模块，例如所述机器人运动控制装置200所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述机器人控制设备20通过所述机器人运动控制装置200根据作业机器人的机器人关节的关节刚度特性分布状况，在该作业机器人的运动控制过程中对该作业机器人进行精准地控制补偿，确保该作业机器人达到预期控制效果。

可以理解的是，图4所示的框图仅为所述机器人控制设备20的一种组成示意图，所述机器人控制设备20还可包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。图4中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

在本申请中，为确保所述机器人控制设备20根据作业机器人的机器人关节的关节刚度特性分布状况，在该作业机器人的运动控制过程中对该作业机器人进行精准地控制补偿，确保该作业机器人达到预期控制效果，本申请实施例通过提供一种机器人运动控制方法实现前述目的。下面对本申请提供的机器人运动控制方法进行详细描述。

请参照图5，图5是本申请实施例提供的机器人运动控制方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述机器人运动控制方法可以包括步骤S410～步骤S450。

步骤S410，获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度。

在本实施例中，所述目标机器人关节为所述作业机器人的需要控制补偿的机器人关节，同一作业机器人的目标机器人关节的数目可以为一个，也可以为多个。所述实际扭矩负载用于表示对应目标机器人关节当前实际受到的外部扭矩负载，所述实际关节角度用于表示对应目标机器人关节当前实际表现出的关节角度。

步骤S420，根据预存的目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用关节刚度检测方法对目标机器人关节进行检测得到。

在本实施例中，所述机器人控制设备20可通过调用预存的与获取到的关节控制指令对应的目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，基于所述特性关联关系查询符合所述实际扭矩负载的目标刚度参数值。其中，所述目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系可在上述关节刚度检测系统10的基础上采用上述关节刚度检测方法对目标机器人关节进行检测得到。

步骤S430，根据实际关节角度、目标刚度参数值及关节控制指令包括的期望关节角度，计算目标机器人关节按照关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩。

在本实施例中，所述机器人控制设备20可计算所述期望关节角度与所述实际关节角度之间的角度差值，并将该角度差值作为所述关节控制指令执行时的待补偿扭转角，并将目标机器人关节当前的待补偿扭转角及目标刚度参数值，代入到上述机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系表达式中，计算得到所述目标机器人关节按照关节控制指令运行时需要执行控制补偿操作的待补偿关节扭矩。

步骤S440，根据待补偿关节扭矩对关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令。

在本实施例中，所述机器人控制设备20在得到目标机器人关节按照关节控制指令运行时需要执行控制补偿操作的待补偿关节扭矩时，可相应按照计算出的所述待补偿关节扭矩对所述关节控制指令中记录的期望关节扭矩进行扭矩补偿，得到能够确保所述目标机器人关节能够基于自身的关节刚度特性安稳地达到预期控制效果的目标控制指令。

步骤S450，按照目标控制指令控制目标机器人关节进行运动。

在本实施例中，所述机器人控制设备20在针对作业机器人的目标机器人关节确定出关节控制指令在完成控制补偿操作后的目标控制指令后，可以相应控制所述目标机器人关节按照所述目标控制指令运行，以确保所述目标机器人关节能够基于自身的关节刚度特性安稳地达到预期控制效果。

由此，本申请可通过执行上述步骤S410～步骤S450，根据作业机器人的机器人关节的关节刚度特性分布状况，在该作业机器人的运动控制过程中对该作业机器人进行精准地控制补偿，确保该作业机器人达到预期控制效果。

在本申请中，为确保所述机器人控制设备20能够通过所述机器人运动控制装置200执行上述机器人运动控制，本申请通过对所述机器人运动控制装置200进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的机器人运动控制装置200的具体组成进行相应描述。

请参照图6，图6是本申请实施例提供的机器人运动控制装置200的装置组成示意图。在本申请实施例中，所述机器人运动控制装置200可以包括关节数据获取模块210、关节刚度计算模块220、补偿扭矩计算模块230、关节指令补偿模块240及关节运动控制模块250。

关节数据获取模块210，用于获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度。

关节刚度计算模块220，用于根据预存的目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用上述关节刚度检测方法对目标机器人关节进行检测得到。

补偿扭矩计算模块230，用于根据实际关节角度、目标刚度参数值及关节控制指令包括的期望关节角度，计算目标机器人关节按照关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩。

关节指令补偿模块240，用于根据待补偿关节扭矩对关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令。

关节运动控制模块250，用于按照目标控制指令控制目标机器人关节进行运动。

需要说明的是，本申请实施例所提供的机器人运动控制装置200，其基本原理及产生的技术效果与前述的机器人运动控制方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对机器人运动控制方法的描述内容。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读存储介质中。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(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：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。

综上所述，在本申请实施例提供的一种关节刚度检测系统及方法、机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和可读存储介质，本申请通过在承载底座上固定安装负载施加单元并可拆卸安装待检测机器人关节，使负载施加单元通过第一联轴器与待检测机器人关节固定连接，由负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加外部扭矩负载，接着通过扭转角采集单元采集处于制动状态的待检测机器人关节在外部扭矩负载作用下产生的扭转角度，然后由数据处理单元获取处于制动状态的待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，从而得以通过极为简单的系统组成快速且精准地测定出待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下的关节刚度特性状况，以便于后续机器人运行控制过程中的高精准度控制补偿作业的有效开展。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种关节刚度检测系统，其特征在于，所述检测系统包括承载底座、负载施加单元、扭转角采集单元、数据处理单元及第一联轴器；

所述负载施加单元固定安装在所述承载底座上，待检测机器人关节可拆卸地安装在所述承载底座上，其中所述负载施加单元通过所述第一联轴器与所述待检测机器人关节固定连接，用于在处于制动状态的所述待检测机器人关节上施加外部扭矩负载；

所述扭转角采集单元用于采集处于制动状态的所述待检测机器人关节在所述外部扭矩负载作用下产生的扭转角度；

所述数据处理单元与所述负载施加单元通信连接，所述数据处理单元还与所述扭转角采集单元通信连接，其中所述数据处理单元用于获取处于制动状态的所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的扭转角度数据进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述负载施加单元包括扭矩传感器、第二联轴器及负载输出组件，其中所述第二联轴器与所述第一联轴器各自的旋转轴相互重合；

所述扭矩传感器通过所述第二联轴器与所述负载输出组件固定连接，用于检测所述负载输出组件产生的扭矩负载；

所述扭矩传感器通过所述第一联轴器与所述待检测机器人关节的电机转轴固定连接，用于将所述负载输出组件产生的扭矩负载传递到所述待检测机器人关节上。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述负载输出组件包括伺服电机及减速机；

所述伺服电机的电机转轴经所述减速机与连接所述扭矩传感器的所述第二联轴器固定连接，其中所述减速机用于调节所述伺服电机输出的扭矩负载大小。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括供电单元；

所述供电单元与所述负载施加单元、所述扭转角采集单元及所述数据处理单元分别电性连接，用于向所述负载施加单元、所述扭转角采集单元及所述数据处理单元分别提供电能。

5.一种关节刚度检测方法，其特征在于，所述检测方法应用于权利要求1-4中任意一项所述的关节刚度检测系统，所述检测方法包括：

控制负载施加单元在处于制动状态的待检测机器人关节上施加不同数值的外部扭矩负载，并控制扭转角采集单元采集所述待检测机器人关节在对应外部扭矩负载作用下产生的扭转角度；

调用数据处理单元根据所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下产生的扭转角度数据，计算所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值；

调用所述数据处理单元对所述待检测机器人关节在不同外部扭矩负载作用下各自对应的刚度参数值进行数据拟合，得到所述待检测机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载和扭转角度之间的运动学关系采用如下式子进行表示：

Τ＝K*Δq；

其中，Τ用于表示机器人关节当前所受的外部扭矩负载，K用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的刚度参数，Δq用于表示机器人关节在外部扭矩负载Τ作用下的扭转角度。

7.一种机器人运动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度；

根据预存的所述目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与所述实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中所述目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用权利要求5或6所述的关节刚度检测方法对所述目标机器人关节进行检测得到；

根据所述实际关节角度、所述目标刚度参数值及所述关节控制指令包括的期望关节角度，计算所述目标机器人关节按照所述关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩；

根据所述待补偿关节扭矩对所述关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令；

按照所述目标控制指令控制所述目标机器人关节进行运动。

8.一种机器人运动控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

关节数据获取模块，用于获取作业机器人的目标机器人关节当前的关节控制指令、实际扭矩负载及实际关节角度；

关节刚度计算模块，用于根据预存的所述目标机器人关节在制动状态下的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系，计算与所述实际扭矩负载匹配的目标刚度参数值，其中所述目标机器人关节的刚度参数与外部扭矩负载之间的特性关联关系通过采用权利要求5或6所述的关节刚度检测方法对所述目标机器人关节进行检测得到；

补偿扭矩计算模块，用于根据所述实际关节角度、所述目标刚度参数值及所述关节控制指令包括的期望关节角度，计算所述目标机器人关节按照所述关节控制指令运行时的待补偿关节扭矩；

关节指令补偿模块，用于根据所述待补偿关节扭矩对所述关节控制指令进行控制补偿，得到对应的目标控制指令；

关节运动控制模块，用于按照所述目标控制指令控制所述目标机器人关节进行运动。

9.一种机器人控制设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，实现权利要求7所述的机器人运动控制方法。

10.一种可读存储介质，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5-6中任意一项所述的关节刚度检测方法，或者实现权利要求7所述的机器人运动控制方法。