CN115922704A - 机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质，该方法包括：获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系；在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹；根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹；将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。本申请通过构建相互映射关系进行外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的转换，实现了提高机器人外部轴配合效率的技术效果。

Description

机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质。

背景技术

随着工业自动化的飞速发展，机器人的应用场景越来越多，与此同时，机器人工作的复杂度也逐渐提升，单一的机器人工作越来越难满足复杂的工作任务，采用外部机械单元与机器人进行配合的工作方式，具有提高机器人的工作能力和效率的优势。

在实际外部机械单元与机器人进行配合时，常采用由不同的控制器对机器人和外部机械单元进行控制的方式，这需要复杂的接线与调试才能满足实际使用的需要。而且有一些工作场景需要机器人和外部机械单元具有良好的位置约束和节拍约束，通过传统的不同控制器进行控制的方式，机器人往往同时只能和单一类型的外部机械单元进行联动或者协同，机器人和外部机械单元之间的配合效率低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质，旨在解决机器人和外部机械单元之间配合效率低的问题。

为实现上述目的，本申请提供一种机器人和外部轴的联动协同控制方法，该方法包括：

获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系；

在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹；

根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹；

将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。

可选地，在所述获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系的步骤之前，还包括：

获取外部机械单元的配置信息，根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系；

对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系；

根据所述点位映射关系和所述转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系。

可选地，所述根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系的步骤包括：

获取所述配置信息中的外部轴标识信息，将所述外部轴标识信息转换为机器人基坐标系下的外部轴点位信息；

根据所述外部轴点位信息建立所述点位映射关系。

可选地，在所述对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系的步骤之前，还包括：

获取所述配置信息中的模型配置信息，根据所述模型配置信息判断所述外部轴的类型；

若所述外部轴为有模型轴，则执行所述对所述外部机械单元进行关节位置标定的步骤。

可选地，所述对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系的步骤包括：

识别所述外部机械单元中外部轴的旋转类型；

根据所述旋转类型对应预设的标定方法对所述外部轴进行关节位置标定，得到所述外部轴与相邻外部轴的转换矩阵；

使用所述外部机械单元的转换函数和所述转换矩阵建立所述转换关系。

可选的，所述根据所述点位映射关系和所述转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系的步骤包括：

根据所述点位映射关系确定所述外部轴的外部轴关节值，取所述外部轴坐标系中的点位作为第一点位；

使用所述转换关系对所述外部轴关节值和所述第一点位的第一坐标值进行转换，得到所述机器人基坐标系下第二点位的第二坐标值；

构建所述第一坐标值与所述第二坐标值之间的映射关系作为所述相互映射关系。

可选的，所述在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹的步骤包括：

获取规划路径、加速度约束和速度约束；

计算所述规划路径的广义距离，并计算所述机器人的位移占所述广义距离的第一比例以及所述外部轴的位移占所述广义距离的第二比例；

根据所述第一比例、所述加速度约束和所述速度约束对所述机器人进行轨迹规划，得到所述第一运动轨迹；

根据所述第二比例、加速度约束和速度约束对所述外部轴进行轨迹规划，得到所述第二运动轨迹，其中，所述外部轴包括有模型轴和无模型轴。

可选的，所述根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹的步骤包括：

根据预设的插补方法对所述第一运动轨迹进行轨迹插补，得到插补点位；

根据所述相互映射关系将所述插补点位的第三坐标值转换为机器人基坐标系下的第四坐标值，所述第四坐标值的集合为所述第三运动轨迹。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括：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机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序配置为实现如上文所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序被处理器执行时实现如上文所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。

本申请提供的机器人和外部轴的联动协同控制方法、设备及存储介质，通过获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系，在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹，根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹，将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。在外部轴坐标系中进行轨迹规划，可以避免机器人和外部轴之间运动轨迹的干扰，且对于不同类型的外部轴，在相互映射关系建立之后，都可以通过相互映射关系将机器人的运动轨迹转换至机器人基坐标系下，增强了联动协同控制对不同类型外部轴的通用性，使得机器人可以同时与不同类型的外部轴进行联动协同运动，提高了机器人和外部轴之间的配合效率。

附图说明

图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备的结构示意图；

图2为本申请机器人和外部轴的联动协同控制方法第一实施例的流程示意图；

图3为本申请机器人和外部轴的联动协同控制方法第二实施例的流程示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

由一个机器人控制器同时控制外部机械单元和机器人的方式具有更广阔的应用场景以及更高的能力来满足更复杂的工况。机器人与外部机械单元协同的运动方式，也在焊接、打磨等领域具有广阔的前景。传统的机器人外部轴协同方案通常只与变位机或导轨进行协同，不能再与其他外部机械单元进行联动，不能完全发挥机器人和外部机械单元的效率，同时传统的机器人与外部轴协同会根据不同外部机械单元构建不同的协调算法，不仅开发速度慢，并且维护起来也较为繁琐，扩展性差。

参照图1，图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的电子设备结构示意图。

如图1所示，该电子设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及机器人和外部轴的联动协同控制程序。

在图1所示的电子设备中，网络接口1004主要用于与其他设备进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本申请电子设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在电子设备中，所述电子设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的机器人和外部轴的联动协同控制程序，并执行本申请实施例提供的机器人和外部轴的联动协同控制方法。

本申请实施例提供了一种机器人和外部轴的联动协同控制方法，参照图2，图2为本申请一种机器人和外部轴的联动协同控制方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述机器人和外部轴的联动协同控制方法包括：

步骤S10，获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系；

本实施例的执行主体可以为机器人控制器。与机器人联动协同运动的外部轴可以为外部机械单元中的外部轴，机器人与外部机械单元之间可以通过线路连接。机器人可以与多个不同类型的外部机械单元连接，每个外部机械单元中可以包含多个外部轴。外部轴坐标系可视为以外部轴位置为原点建立的坐标系。机器人基坐标系可视为以机器人基座为原点建立的坐标系。外部轴坐标系中的点位可以通过相互映射关系和机器人基坐标系中的点位进行转换。相互映射关系可以在机器人与外部机械单元连接时建立并存储，在机器人控制器进行联动协同控制时，查找与外部机械单元关联的相互映射关系，使用相互映射关系进行不同坐标系中点位的转换。

步骤S20，在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹；

在得到相互映射关系之后，就可以通过示教点位对机器人和外部轴进行轨迹规划，在外部轴坐标系中对外部轴的关节运动和机器人的运动进行归一化处理，使得机器人与外部轴采用相同的轨迹规划，降低机器人外部轴联动算法的复杂度。

在一些可行的实施例中，在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹的步骤可以包括：

步骤a，获取规划路径、加速度约束和速度约束；

步骤b，计算所述规划路径的广义距离，并计算所述机器人的位移占所述广义距离的第一比例以及所述外部轴的位移占所述广义距离的第二比例；

步骤c，根据所述第一比例、加速度约束和速度约束对所述机器人进行轨迹规划，得到所述第一运动轨迹；

步骤d，根据所述第二比例、加速度约束和速度约束对所述外部轴进行轨迹规划，得到所述第二运动轨迹，其中，所述外部轴包括有模型轴和无模型轴。

在机器人示教点位时，示教的点位包括机器人点位和外部轴点位。规划路径可视为机器人和外部轴应达到的终点与起点位置之间的路径。加速度约束可视为期望机器人和外部轴达到的加速度，速度约束可视为期望机器人和外部轴达到的速度。在实际的轨迹规划场景下，用户可以向机器人控制器输入规划路径的终点，以及加速度约束和速度约束，对外部轴和机器人的位移、加速度和速度进行归一化轨迹规划，通过速度规划来保证机器人和外部轴同时启动同时停止，避免机器人联动和协同的外部机械单元之间相互干扰。首先可以求解出规划路径的广义距离，广义距离可以为马氏距离(Mahalanobis Distance)，第一比例可以反映机器人位移占广义距离的比例，第二比例反映外部轴位移占广义距离的比例，求解出的广义距离对应机器人和外部轴的总位移。第一比例结合上述加速度约束和速度约束，就可以求得机器人的广义加速度和广义速度，第二比例结合上述加速度约束和速度约束，可以求得外部轴的广义加速度和广义速度，进而使用上述广义加速度和广义速度进行机器人和外部轴的轨迹规划，规划完成得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹。轨迹规划方式可以为S型轨迹规划、T型轨迹规划、三角函数轨迹规划和多项式轨迹规划中的至少一项。与机器人共同轨迹规划的外部轴可以为有模型轴和无模型轴，通过速度和加速度的规划，保证机器人和外部轴的同时启动和停止，实现机器人在与有模型轴协同运动时，还可以与无模型轴联动运动。机器人和外部轴可以根据各自的运动轨迹运行至用户输入的期望位置，完成用户期望的工作。

步骤S30，根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹。

第一运动轨迹在外部轴坐标系中规划得到，转换至机器人基坐标系，便于机器人控制器根据机器人基坐标系下的坐标值控制机器人的运动。在转换之前，还可以对第一运动轨迹进行轨迹插补，使得到的第三运动轨迹更加平滑，机器人的运动更加顺畅。不仅是机器人的第一运动轨迹，也可以对外部轴的第二运动轨迹进行轨迹插补，插补出每周期外部轴的关节角。

在一些可行的实施例中，根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹的步骤可以包括：

步骤e，根据预设的插补方法对所述第一运动轨迹进行轨迹插补，得到插补点位；

步骤f，根据所述相互映射关系将所述插补点位的第三坐标值转换为机器人基坐标系下的第四坐标值，所述第四坐标值的集合为所述第三运动轨迹。

预设的插补方法可以对应不同的插补函数，可以通过直线插补或圆弧插补的方式构建机器人和外部轴的插补函数，再使用插补函数求出机器人在外部轴坐标系中的插补点位。插补点位可以包括第一运动轨迹中的原始点位和轨迹插补后得到的点位。外部轴在外部轴坐标系中的点位可以为关节角，机器人在外部轴坐标系中的点位可以为坐标值的形式。由相互映射关系，可以将机器人在外部轴坐标系中的点位映射至机器人基坐标系中，得到机器人点位的第四坐标值。在机器人基坐标系中，第四坐标值的集合为第三运动轨迹，机器人可以按照第三运动轨迹运动。

步骤S40，将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。

机器人基坐标系可以在笛卡尔空间中规划，通过机器人运动学求逆解的方式将笛卡尔空间转换至关节空间，将第三运动轨迹中的坐标值转化为机器人的关节值。外部轴坐标系中的第一运动轨迹可以对应外部轴的关节值，机器人控制器在得知机器人的关节值和外部轴的关节值之后，就可以将上述关节值转化为控制信息。控制信息可以为脉冲，机器人控制器可以将脉冲发送给伺服电机，由伺服电机驱动机器人和外部轴联动协同运动。在外部轴坐标系下进行轨迹规划，再通过相互映射关系转换至机器人基坐标系下，可以不改变机器人本身的路径规划算法，提高构建不同外部轴协同算法的速度。

在本实施例中，通过获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系，在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹，根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹，将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。在外部轴坐标系中进行轨迹规划，可以避免机器人和外部轴之间运动轨迹的干扰，且对于不同类型的外部轴，在相互映射关系建立之后，都可以通过相互映射关系将机器人的运动轨迹转换至机器人基坐标系下，增强了联动协同控制对不同类型外部轴的通用性，使得机器人可以同时与不同类型的外部轴进行联动协同运动，提高了机器人和外部轴之间的配合效率。

进一步地，在本申请机器人和外部轴的联动协同控制方法第二实施例中，参照图3，该方法包括：

步骤S50，获取外部机械单元的配置信息，根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系；

外部机械单元可以为单轴变位机、双轴变位机、导轨、传送带和放在导轨上的变位机中的至少一项。每个外部机械单元中可以包括一个或多个外部轴。机器人外部轴联动可视为在机器人运动的同时，外部轴也随着机器人一起运动，并与机器人同时启动和停止，但机器人和外部轴的运动没有空间位置约束。机器人外部轴协同可视为在满足机器人和外部轴同时启动和停止的基础上，还要满足特定的空间位置关系。机器人和外部机械单元之间可以通过各种接口和线路连接，由机器人控制器同时控制机器人和外部机械单元的运动。

在外部机械单元和机器人连接后，可以在机器人控制器中根据实际使用需求对外部机械单元进行配置，将外部机械单元配置为有模型机械单元和无模型机械单元，其中无模型机械单元适用于外部轴与机器人单独运动的场景，有模型机械单元适用于外部轴与机器人协同运动的场景。在配置好外部机械单元之后，就可以对外部机械单元中的外部轴构建点位映射关系。

在一些可行的实施例中，根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系的步骤可以包括：

步骤g，获取所述配置信息中的外部轴标识信息，将所述外部轴标识信息转换为机器人基坐标系下的外部轴点位信息；

步骤h，根据所述外部轴点位信息建立所述点位映射关系。

在对外部机械单元进行配置后，可以通过配置信息存储外部机械单元的各项设置情况。配置信息中可以包括外部轴标识信息，通过外部轴标识信息可以确定各外部轴在其所在的外部机械单元中的位置或者序号。比如，对于一个双轴变位机来说，其靠近基座的外部轴对应的外部轴标识信息为J1，原理基座的外部轴对应的外部轴标识信息为J2，如此来区分不同的外部轴。对每个外部机械单元来说，外部轴的外部轴标识信息较为唯一，而当机器人连接有多个外部机械单元时，为使机器人可以区分这些外部轴，可以通过外部轴点位信息对每个外部轴进行重新标识，建立外部轴和外部轴点位之间的点位映射关系，从而可以通过查看机器人的外部轴点位来确定外部轴的运动位置以及通过规划外部轴点位的变化来控制外部轴运动。比如，当机器人连接有两个外部机械单元，其中第一个外部机械单元有两个外部轴(在第一个外部机械单元内部为J1和J2)，第二个外部机械单元也有两个外部轴(在第二个外部机械单元内部为J1和J2)，则机器人可以将第一个外部机械单元中的两个外部轴用J1和J2标识，而第二个外部轴机械单元中的两个外部轴用J3和J4标识，使每个外部轴在机器人基坐标系中可以通过点位映射关系区分开来。

步骤S60，对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系；

对于外部机械单元中的外部轴，在每个外部轴处都可以建立外部轴坐标系，相邻外部轴之间具有连接关系，关节位置标定可以确定外部轴坐标系之间的转换矩阵和位姿关节角转换关系，进一步构建出外部轴坐标系的点位和机器人基坐标系的点位之间的映射关系。

在一些可行的实施例中，在对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下的位姿关节角转换关系的步骤之前，还可以包括：

步骤i，获取所述配置信息中的模型配置信息，根据所述模型配置信息判断所述外部轴的类型；

步骤j，若所述外部轴为有模型轴，则执行所述对所述外部机械单元进行关节位置标定的步骤。

模型配置信息可以表示外部机械单元的模型配置类型，有模型机械单元配置为外部轴与机器人协同运动场景，无模型机械单元配置为外部轴与机器人单独运动场景。有模型机械单元可以为单轴变位机、双轴变位机、导轨、传送带和放在导轨上的变位机中的至少一项。有模型机械单元内的外部轴为有模型轴，无模型机械单元内的外部轴为无模型轴，通过有模型轴和无模型轴的划分，可以使机器人控制不同类型的外部轴同时进行联动和协同运动。对于需要协同运动的有模型轴，进行关节位置标定，由标定结果和关节运动角度，得到位姿关节角转换关系。

在一些可行的实施例中，对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下的位姿关节角转换关系的步骤可以包括：

步骤k，识别所述外部机械单元中外部轴的旋转类型；

步骤l，根据所述旋转类型对应预设的标定方法对所述外部轴进行关节位置标定，得到所述外部轴与相邻外部轴的转换矩阵；

步骤m，使用所述外部机械单元的转换函数和所述转换矩阵建立所述位姿关节角转换关系。

外部轴的旋转类型可以包括旋转型和直线型，外部轴也就可以分为旋转轴和直线轴。对于旋转轴，可以通过三点旋转法来标定旋转轴构成的旋转关节坐标系相对相邻关节坐标系的转换矩阵。对于直线轴，可以通过三点直接标定坐标系的方法来确定由直线轴构成的线性关节坐标系相对相邻关节的关节角度处于零度时相邻关节坐标系的转换矩阵。可以用

来表示外部轴关节坐标系相对于相邻关节坐标系的转换矩阵，其中，i值越小，则表示越靠近外部机械单元的基座，当i为0时则表示外部机械单元基座相对于机器人基坐标系的变换矩阵。外部机械单元的各个外部轴关节值对变换矩阵的转化函数可以用f(θ)表示，使用此转化函数和上述转换矩阵可以建立外部轴坐标系中的位姿关节角转换函数

其中n代表此外部轴机械单元具有n个外部轴，i表示第i个外部轴。

步骤S70，根据所述点位映射关系和所述转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系；

相互映射关系可以为外部轴坐标系下点位转换到机器人基坐标系下点位的相互映射函数，也可以为机器人基坐标系下点位转换到外部轴坐标系下点位的相互映射函数。通过相互映射函数，无需对机器人本身的正逆运动学模型进行修改，协同运动控制可以适用于多种类型的机器人，通用性强。

在一些可行的实施例中，根据所述点位映射关系和位姿关节角转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系的步骤可以包括：

步骤n，根据所述点位映射关系确定所述外部轴的外部轴关节值，取所述外部轴坐标系中的点位作为第一点位；

步骤o，使用所述转换关系对所述外部轴关节值和所述第一点位的第一坐标值进行转换，得到所述机器人基坐标系下第二点位的第二坐标值；

步骤p，构建所述第一坐标值与所述第二坐标值之间的映射关系作为所述相互映射关系。

由点位映射关系可以得到外部轴在机器人基坐标系中的外部轴关节值，可以将外部轴关节值视为关节角，即上述位姿关节角转换函数中的θ值，则f(θ)就可以表示外部轴应达到的旋转姿态。第一点位可以在最远端外部轴坐标系中选取，最远端外部轴坐标系即与外部机械单元的基座最远的外部轴坐标系。构建相互映射函数C＝F(A，B)，A可以表示外部轴坐标系下的第一点位的第一坐标值，B可以表示有模型机械单元中外部轴的外部轴关节值，C可以表示外部轴坐标系下的点位转换到机器人基坐标系下的第二点位的第二坐标值，F可以表示外部轴坐标系映射到机器人基坐标系的相互映射函数。对于机器人控制器来说，外部轴关节值可以由点位映射关系得知，在外部轴坐标系中取不同的点位为第一点位，再使用位姿关节角转换函数对外部轴关节值进行转换，就可以构建出上述相互映射函数。与上述构建过程相似，还可以得到相互映射函数A＝G(C，B)，G可以表示机器人基坐标系映射至外部轴坐标系的相互映射函数。构建出的相互映射关系对不同模型外部轴的拓展性好，可以对多种不同外部组模型协同算法进行统一高效的管理。

在本实施例中，根据点位映射关系和转换关系构建相互映射关系，无需对机器人本身的正逆运动学模型进行修改，使得相互映射关系具有较强的通用性，可以支持多种类型的机器人，且可以根据不同外部轴的实际情况构建出不同的相互映射关系，对不同类型的外部轴也具有良好的拓展性。

本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括：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机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序配置为实现如上文所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。本申请实施例电子设备的具体实施方式参见上述机器人和外部轴的联动协同控制方法各实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序被处理器执行时实现如上文所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。本申请实施例计算机刻度存储介质的具体实施方式参见上述机器人和外部轴的联动协同控制方法各实施例，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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上述实施例方法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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，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的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述机器人和外部轴的联动协同控制方法包括以下步骤：

获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系；

在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹；

根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹；

将所述第一运动轨迹和第三运动轨迹转化为控制信息，根据所述控制信息控制所述机器人和所述外部轴联动协同运动。

2.如权利要求1所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，在所述获取外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系的步骤之前，还包括：

获取外部机械单元的配置信息，根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系；

对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系；

根据所述点位映射关系和所述转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系。

3.如权利要求2所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述根据所述配置信息构建所述外部机械单元的外部轴和机器人的外部轴点位之间的点位映射关系的步骤包括：

获取所述配置信息中的外部轴标识信息，将所述外部轴标识信息转换为机器人基坐标系下的外部轴点位信息；

根据所述外部轴点位信息建立所述点位映射关系。

4.如权利要求2所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，在所述对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系的步骤之前，还包括：

获取所述配置信息中的模型配置信息，根据所述模型配置信息判断所述外部轴的类型；

若所述外部轴为有模型轴，则执行所述对所述外部机械单元进行关节位置标定的步骤。

5.如权利要求2所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述对所述外部机械单元进行关节位置标定，得到外部轴坐标系下位姿和关节角的转换关系的步骤包括：

识别所述外部机械单元中外部轴的旋转类型；

根据所述旋转类型对应预设的标定方法对所述外部轴进行关节位置标定，得到所述外部轴与相邻外部轴的转换矩阵；

使用所述外部机械单元的转换函数和所述转换矩阵建立所述转换关系。

6.如权利要求2所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述根据所述点位映射关系和所述转换关系确定所述外部轴坐标系和机器人基坐标系之间的相互映射关系的步骤包括：

根据所述点位映射关系确定所述外部轴的外部轴关节值，取所述外部轴坐标系中的点位作为第一点位；

使用所述转换关系对所述外部轴关节值和所述第一点位的第一坐标值进行转换，得到所述机器人基坐标系下第二点位的第二坐标值；

构建所述第一坐标值与所述第二坐标值之间的映射关系作为所述相互映射关系。

7.如权利要求1所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述在所述外部轴坐标系中，对所述机器人和外部轴进行轨迹规划，得到机器人的第一运动轨迹和外部轴的第二运动轨迹的步骤包括：

获取规划路径、加速度约束和速度约束；

计算所述规划路径的广义距离，并计算所述机器人的位移占所述广义距离的第一比例以及所述外部轴的位移占所述广义距离的第二比例；

根据所述第一比例、所述加速度约束和所述速度约束对所述机器人进行轨迹规划，得到所述第一运动轨迹；

根据所述第二比例、加速度约束和速度约束对所述外部轴进行轨迹规划，得到所述第二运动轨迹，其中，所述外部轴包括有模型轴和无模型轴。

8.如权利要求1-7任一项所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法，其特征在于，所述根据所述相互映射关系将所述第一运动轨迹转换至所述机器人基坐标系下，得到第三运动轨迹的步骤包括：

根据预设的插补方法对所述第一运动轨迹进行轨迹插补，得到插补点位；

根据所述相互映射关系将所述插补点位的第三坐标值转换为机器人基坐标系下的第四坐标值，所述第四坐标值的集合为所述第三运动轨迹。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：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机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序配置为实现如权利要求1至8中任一项所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。

10.一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上存储有机器人和外部轴的联动协同控制程序，所述机器人和外部轴的联动协同控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的机器人和外部轴的联动协同控制方法的步骤。

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