CN115805593B - 力传感器安装信息确定方法、装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种力传感器安装信息确定方法、装置、设备和介质。其中，方法包括：获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的第一转换关系，和力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
Description
技术领域
本发明实施例涉及机械臂控制技术领域，尤其涉及力传感器安装信息确定方法、装置、设备和介质。
背景技术
在机械臂安装力传感器可以感知与其接触的负载工具的重力，进而可以实现拖动示教和末端力控等操作。由于负载工具本身的重力会对力传感器的读数造成影响，因此，需要确定力传感器的安装信息。现有的通过确定机械臂基坐标系的重力加速度的方向得到力传感器的安装信息。但是，当机械臂倾斜安装时，力传感器姿态和其与基坐标系的转换关系均未知，无法直接确定力传感器的安装信息。
发明内容
本发明提供了一种力传感器安装信息确定方法、装置、设备和介质，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
根据本发明的一方面，提供了一种力传感器安装信息确定方法，该方法包括：
获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；
根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；
解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种力传感器安装信息确定装置，该装置包括：
数据获取模块，用于获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；
方程组确定模块，用于根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；
安装信息确定模块，用于解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的力传感器安装信息确定方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例的力传感器安装信息确定方法。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种力传感器安装信息确定方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种力传感器安装信息确定方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的又一种力传感器安装信息确定方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种预设姿态的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种力传感器安装信息确定装置的结构框图；
图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明实施例提供的一种力传感器安装信息确定方法的流程图，本实施例可适用于力传感器安装信息确定的场景中。该方法可以由力传感器安装信息确定装置来执行，该力传感器安装信息确定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，也可以配置于电子设备中。
如图1所示，力传感器安装信息确定方法包括以下步骤：
S110、获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据。
其中，基坐标系由机械臂的基座平面和机械臂第一轴共同确定，机械臂第一轴的旋转轴为基坐标系Z轴，旋转中心即是坐标系原点，基坐标系的X轴正方向为基座的正前方，Y轴正方向为机械臂基座的左侧；其中，第一轴为连接基座的部位，用于承载机械臂和旋转底座。当机械臂固定于地面，基坐标系与世界坐标系重合。
力传感器将力的量值转换为相关电信号的器件。力是引起物质运动变化的直接原因。力传感器能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量，可以安装于机械臂末端，也可以以任意角度安装于机械臂的任意部位，例如，可以是与使用场景对应的机械臂需要精确的测量力数据和/或力矩数据的手指等部位。
第一转换关系是机械臂末端坐标系与基坐标系的坐标转换关系，在一个机械臂的使用场景中，当机械臂的姿态产生变化时，机械臂末端坐标也相应变化，第一转换关系也随之发生变化。
进一步的，可通过如下步骤获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系：
首先，分别获取目标控制机械臂在各机械臂姿态下的关节角度信息。
具体的，用户移动目标控制机械臂从而产生不同机械臂姿态，对机械臂姿态进行运动学逆解运算，得到机械臂姿态对应的各关节的角度。求解运动学逆解的方法有解析法、几何法和迭代法。
然后，将关节角度信息输入预设坐标转换算法，得到各机械臂姿态下第一转换关系。
具体的，将与机械臂姿态对应的各关节的角度输入预设坐标转换算法，对机械臂各关节角度进行运动学正解运算，得到机械臂末端坐标系与基坐标系的转换矩阵，作为第一转换关系。
S120、根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组。
安装于机械臂末端的力传感器测量到的力，不仅包括机械臂末端与环境的接触力，还包括安装于力传感器之后的负载工具的重力。负载的重力属于干扰力。需要确定力传感器的安装信息补偿负载自身重力的影响，使得补偿后机械臂不受外力作用时，在任一机械臂姿态下，机械臂基坐标系下各方向的力和力矩都趋于零。
进一步的，根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组，包括：
首先，在各机械臂姿态下，基于第一转换关系和第二转换关系建立负载的受力与力数据之间的受力平衡关系。
具体的，在第i个机械臂姿态下，对应的第一转换关系为Ri，力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系为R，力传感器的力数据为Fi，负载质量为m，重力加速度为g，负载的受力平衡关系用公式(1)表示。
mg＝RiRFi (1)
同理，令公式(1)中的i＝j，得到第j个机械臂姿态下，负载的受力平衡关系。
然后，根据各机械臂姿态下受力平衡关系建立力转换关系方程组。
具体的，建立如公式(2)所示的第i个机械臂姿态和第j个机械臂姿态之间的力转换关系方程。当有N个机械臂姿态，则力转换关系方程组包含个力转换关系方程；若将力转换关系方程转换为对应的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的力转换关系方程，则力转换关系方程组包含/>个方程。
RiRFi＝RjRFj (2)
S130、解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。
力转换关系方程组中包括多个力转换关系方程，只有力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系R未知，因此，联立多个机械臂姿态下的力转换关系方程，可以通过求解该力转换关系方程组，得到第二转换关系，作为力传感器的安装信息。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。本发明实施例的技术方案，解决了在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
图2是本发明实施例提供的另一种力传感器安装信息确定方法的流程图，本实施例与上述实施例中的力传感器安装信息确定方法属于同一个发明构思，在上述实施例的基础上进一步的描述了确定重力加速度方向和数值的过程。本实施例可适用于力传感器安装信息确定的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行力传感器安装信息确定的情况。该方法可以由力传感器安装信息确定装置执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，集成于具有应用开发功能的电子设备中。
如图2所示，力传感器安装信息确定方法包括以下步骤：
S210、获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据。
S220、根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组。
S230、解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。
进一步的，该方法还包括：
S240、将第二转换关系代入目标控制机械臂在至少一个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向。
具体的，因为负载的质量为标量，没有方向，所以根据公式(1)，当已知一个目标控制机械臂姿态对应的第一转换关系、第二转换关系和力传感器力数据时，通过第一转换关系、第二转换关系和力传感器力数据的乘积，确定重力加速度的方向，即重力加速度在基坐标系中的角度。
可选的，将第二转换关系R代入目标控制机械臂在预设数量个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到对应的预设数量个重力加速度在基坐标系中的角度，然后多个角度取平均，确定重力加速度的方向。
进一步的，该方法还包括：
S250、获取与目标控制机械臂使用场景匹配的重力加速度的数值。
可以理解的是，重力加速度是一个矢量，重力加速度的数值与其地理位置有关，例如，在赤道上重力加速度大小为9.780m/s2，在北极重力加速度大小为9.832m/s2，在北纬45°的海平面上重力加速度大小为9.807m/s2，在北京重力加速度大小为9.801m/s2，可以根据公式(3)得到使用场景的重力加速度的大小，其中，G和M为与地球质量有关的常数，r为地球中心到使用场景的距离或半径。
S260、将重力加速度的方向和数值、第二转换关系和至少一个机械臂姿态对应的力数据输入预设质心算法，确定负载的质心位置信息。
预设质心算法用于确定负载的质心的位置信息，例如，可以用于确定负载的质心在力传感器坐标系下的坐标。
具体的，将重力加速度方向、重力加速度数值、力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系和至少一个机械臂姿态对应的力传感器的力数据输入预设质心算法，得到负载质心在基坐标系下的坐标。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息；将第二转换关系代入目标控制机械臂在至少一个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向。获取与目标控制机械臂使用场景匹配的重力加速度的数值；将重力加速度的方向和数值、第二转换关系和至少一个机械臂姿态对应的力数据输入预设质心算法，确定负载的质心位置信息。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定重力加速度的大小和方向，还可以进行负载的质心标定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定，有利于零力控制等功能的实现。
图3是本发明实施例提供的又一种力传感器安装信息确定方法的流程图，本实施例与上述实施例中的力传感器安装信息确定方法属于同一个发明构思，在上述实施例的基础上进一步的描述了解析力转换关系方程组，得到第二转换关系的过程。该方法可以由力传感器安装信息确定装置执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，集成于具有应用开发功能的电子设备中。
如图3所示，力传感器安装信息确定方法包括以下步骤：
S310、获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据。
S320、根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组。
S330、根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定力转换关系方程组的非线性最优化问题的目标函数。
当力传感器预设姿态固定于机械臂末端时，预设姿态下的第二转换关系中仅包含一个角度未知数θ。图4是本发明实施例提供的一种预设姿态的示意图，如图4所示，当力传感器以预设姿态固定于机械臂末端时，假设预设姿态下力传感器坐标系(x,y,z)与机械臂末端坐标系(X,Y,Z)的Z轴方向相同，且坐标系原点重合，而坐标系的X(x)轴和Y(y)轴位于同一平面方向且有夹角θ，当旋转未知角度θ后，力传感器坐标系与机械臂末端坐标系重合。因此，力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系中只有夹角θ未知，可以表示为如公式(4)的形式。将预设姿态下的第二转换关系输入到力转换关系方程组中任一方程关系式并进行解析，就可以得到预设姿态下的第二转换关系。此外，因为第二转换关系只有一个夹角θ未知，在得到预设姿态下的第二转换关系后，还可以通过公式(4)得到θ，将θ作为力传感器的安装角度。
其中，非线性最优化问题(nonlinear optimization problem)又叫最优化问题，工程设计中最优化问题可以是要选择一组参数(变量)，在满足一系列有关的限制条件(约束)下，使设计指标(目标函数)达到最优值。因此，最优化问题通常可以表示为数学规划形式的问题。最优化方法已经用于解决生产管理、经济规划、工程设计和系统控制等领域中的问题。
具体的，当力传感器以除预设姿态之外的任一姿态固定于机械臂末端时，首先，根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定的关于力转换关系方程组的的非线性最优化问题的目标函数为
S340、解析非线性最优化问题，得到目标函数的最优值，作为力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系。
具体的，可以使用非线性优化求解器，例如，可以是IPOPT、fminunc、fminsearch和casadi等求解器，也可以通过最速下降、牛顿法和FR共轭梯度对非线性最优化问题进行求解，得到目标函数的最优值对应的R，即力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系。此外，由于R是3*3的矩阵，包含9个未知数，也可以通过数值拟合得到9*1个的未知数，确定第二转换关系。
S350、将第二转换关系代入目标控制机械臂在至少一个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；当力传感器以除预设姿态之外的任一姿态固定于机械臂末端时，根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定力转换关系方程组的目标函数；解析非线性最优化问题，得到目标函数的最优值，作为力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系；将第二转换关系代入目标控制机械臂在至少一个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学，进行非线性最优化问题的求解，实现力传感器的安装信息和重力加速度方向的确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
图5是本发明实施例提供的一种力传感器安装信息确定装置的结构框图，本实施例可适用于力传感器安装信息确定的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行力传感器安装信息确定的情况。该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，集成于具有应用开发功能的计算机设备中。
如图5所示，该力传感器安装信息确定装置包括：数据获取模块401、方程组确定模块402和安装信息确定模块403。
其中，数据获取模块401用于获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；方程组确定模块402用于根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；安装信息确定模块403用于解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。
本发明实施例的技术方案，通过各个模块之间的相互配合，获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；根据在各机械臂姿态中与力传感器关联的负载受力平衡关系，确定基于第一转换关系、力传感器的力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系及力数据的力转换关系方程组；解析力转换关系方程组，得到第二转换关系，以确定力传感器的安装信息。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂在使用场景发生变化时无法确定力传感器安装信息的问题，能够仅根据力传感器读数和机械臂正运动学实现力传感器的安装信息确定，适用于不同环境中机械臂的力传感器安装信息确定。
可选的，方程组确定模块402用于：
在各机械臂姿态下，基于第一转换关系和第二转换关系建立负载的受力与力数据之间的受力平衡关系；
根据各机械臂姿态下受力平衡关系建立力转换关系方程组。
可选的，安装信息确定模块403用于：
根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定力转换关系方程组的非线性最优化问题的目标函数；
解析非线性最优化问题，得到目标函数的最优值，作为力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系。
可选的，数据获取模块401用于：
分别获取目标控制机械臂在各机械臂姿态下的关节角度信息；
将关节角度信息输入预设坐标转换算法，得到各机械臂姿态下第一转换关系。
可选的，该装置还包括重力确定模块，重力确定模块用于：将第二转换关系代入目标控制机械臂在至少一个机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向。
可选的，该装置还包括质心确定模块，质心确定模块用于：
获取与目标控制机械臂使用场景匹配的重力加速度的数值；
将重力加速度的方向和数值、第二转换关系和至少一个机械臂姿态对应的力数据输入预设质心算法，确定负载的质心位置信息。
本发明实施例所提供的力传感器安装信息确定装置可执行本发明任一实施例所提供的力传感器安装信息确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。其中，电子设备10旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机和其它适合的计算机。电子设备10还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图6所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12和/或随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器和/或无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器和/或微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如力传感器安装信息确定方法。
在一些实施例中，力传感器安装信息确定方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的力传感器安装信息确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行力传感器安装信息确定方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种力传感器安装信息确定方法，其特征在于，包括：
获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于所述目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；
根据在各所述机械臂姿态中与所述力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于所述第一转换关系、所述力传感器的力传感器坐标系与所述机械臂末端坐标系的第二转换关系及所述力数据的力转换关系方程组；
解析所述力转换关系方程组，得到所述第二转换关系，以确定所述力传感器的安装信息；
将所述第二转换关系代入所述目标控制机械臂在至少一个所述机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向；
获取与所述目标控制机械臂使用场景匹配的重力加速度的数值；
将所述重力加速度的方向和数值、所述第二转换关系和所述至少一个所述机械臂姿态对应的力数据输入预设质心算法，确定所述负载的质心位置信息；
所述根据在各所述机械臂姿态中与所述力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于所述第一转换关系、所述力传感器的力传感器坐标系与所述机械臂末端坐标系的第二转换关系及所述力数据的力转换关系方程组，包括：
在各所述机械臂姿态下，基于所述第一转换关系和所述第二转换关系建立所述负载的受力与所述力数据之间的受力平衡关系如下：
其中，R i 是第i个机械臂姿态下对应的第一转换关系，R为力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系，F i 为力传感器的力数据， m为负载质量， g为重力加速度；
根据各所述机械臂姿态下受力平衡关系建立所述力转换关系方程组如下：
其中，R j 为第j个机械臂姿态下对应的第一转换关系，F j 为第j个机械臂姿态下力传感器的力数据；
所述解析所述力转换关系方程组，得到所述第二转换关系，包括：
根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定所述力转换关系方程组的非线性最优化问题的目标函数；
解析所述非线性最优化问题，得到所述目标函数的最优值，作为所述力传感器坐标系与所述机械臂末端坐标系的第二转换关系；
所述获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，包括：
分别获取所述目标控制机械臂在各所述机械臂姿态下的关节角度信息；
将所述关节角度信息输入预设坐标转换算法，得到各所述机械臂姿态下所述第一转换关系。
2.一种力传感器安装信息确定装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取目标控制机械臂在多个不同的机械臂姿态下的，机械臂末端坐标系与基坐标系的第一转换关系，和设置于所述目标控制机械臂末端的力传感器的力数据；
方程组确定模块，用于根据在各所述机械臂姿态中与所述力传感器关联的负载的受力平衡关系，确定基于所述第一转换关系、所述力传感器的力传感器坐标系与所述机械臂末端坐标系的第二转换关系及所述力数据的力转换关系方程组；
安装信息确定模块，用于解析所述力转换关系方程组，得到所述第二转换关系，以确定所述力传感器的安装信息；
重力确定模块，用于将所述第二转换关系代入所述目标控制机械臂在至少一个所述机械臂姿态下的负载受力平衡关系，得到重力加速度的方向；
质心确定模块，用于获取与所述目标控制机械臂使用场景匹配的重力加速度的数值；将所述重力加速度的方向和数值、所述第二转换关系和所述至少一个所述机械臂姿态对应的力数据输入预设质心算法，确定所述负载的质心位置信息；
所述方程组确定模块具体用于：
在各所述机械臂姿态下，基于所述第一转换关系和所述第二转换关系建立所述负载的受力与所述力数据之间的受力平衡关系如下：
其中，R i 是第i个机械臂姿态下对应的第一转换关系，R为力传感器坐标系与机械臂末端坐标系的第二转换关系，F i 为力传感器的力数据， m为负载质量， g为重力加速度；
根据各所述机械臂姿态下受力平衡关系建立所述力转换关系方程组如下：
其中，R j 为第j个机械臂姿态下对应的第一转换关系，F j 为第j个机械臂姿态下力传感器的力数据；
所述安装信息确定模块具体用于：
根据不同的机械臂姿态下的受力平衡关系，确定所述力转换关系方程组的非线性最优化问题的目标函数；
解析所述非线性最优化问题，得到所述目标函数的最优值，作为所述力传感器坐标系与所述机械臂末端坐标系的第二转换关系；
所述数据获取模块具体用于：
分别获取所述目标控制机械臂在各所述机械臂姿态下的关节角度信息；
将所述关节角度信息输入预设坐标转换算法，得到各所述机械臂姿态下所述第一转换关系。
3.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行实现权利要求1中所述的力传感器安装信息确定方法。
4.一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存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1中所述的力传感器安装信息确定方法。
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