CN115946120B - 机械臂控制方法、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机械臂控制方法、装置、设备和介质。其中，方法包括：获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
Description
技术领域
本发明实施例涉及机械臂控制技术领域，尤其涉及机械臂控制方法、装置、设备和介质。
背景技术
在机械臂控制过程中，可以通过记录接触力和位移，实现运动轨迹和接触力的复现，同时实现力度的柔顺控制。现有的轨迹复现和柔顺控制是机械臂根据目标路线中机械臂的位姿来控制机械臂运动的，当接触环境发生变化时，不能根据使用场景灵活选择机械臂的控制方式，同时实现力度的柔顺控制和运动轨迹的复现。
发明内容
本发明提供了一种机械臂控制方法、装置、设备和介质，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
根据本发明的一方面，提供了一种机械臂控制方法，该方法包括：
获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；
根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；
将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
根据本发明的另一方面，提供了一种机械臂控制装置，该装置包括：
力控获取模块，用于获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；
方向位移确定模块，用于根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；
机械臂控制模块，用于将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
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机械臂控制方法。
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机械臂控制方法。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
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机械臂控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种机械臂控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种机械臂控制装置的结构框图；
图5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“初始”和“目标”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机械臂控制方法的流程图，本实施例可适用于机械臂力度控制的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行机械臂控制的情况。该方法可以由机械臂控制装置来执行，该机械臂控制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，机械臂控制方法包括以下步骤：
S110、获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式。
预设运动路线信息是目标控制机械臂末端在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系下的坐标和姿态等可直接/间接用于确定目标控制机械臂的运动路线的信息，例如，可以是用户在先拖动机械臂以预设运动路线运动过程中，通过获取机械臂的各个关节角度，对机械臂各关节角度进行运动学正解运算，得到对应机械臂末端在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系下坐标，该坐标的连续变化形成预设运动路线。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。
其中，预设控制力的确定过程包括：将用户输入的在各力控方向的力控模式的力数值作为所述预设控制力；和/或，根据预设运动路线信息中各坐标位置处的参考力数据确定预设控制力。
具体的，首先，用户在先拖动机械臂以预设控制力在预设运动路线各坐标位置的运动过程中，记录安装于机械臂末端力传感器的力数据，作为参考力数据；用户可以使用参考力数据，对参考力数据进行分解得到各力控方向的对应控制力，作为各力控方向的预设控制力；同时，用户也可以通过人机交互界面输入对应力控模式下各力控方向的对应控制力的力的数值，作为预设控制力。示例性的，在基坐标系X轴方向使用参考力数据确定对应力控模式对应力控方向的X轴的预设控制力，在基坐标系Y轴方向使用户输入的力数值作为对应力控模式对应力控方向的Y轴的预设控制力。
力控模式包括力跟踪控制模式和导纳控制模式。
力控方向可以通过用户在先拖动机械臂运动过程中，机械臂末端在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系下的坐标变化确定，可以是在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系中的任意方向，该任意方向可在对应坐标系下被分解为对应X轴、Y轴和Z轴的方向，也可以是目标控制机械臂末端力矩对应的X轴、Y轴和Z轴的方向。
具体的，首先，用户在先拖动机械臂过程中，记录机械臂末端在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系下的坐标变化；然后，用户根据需求，通过点击/触摸等操作在人机交互界面选择对应的力控模式和对应力控方向，例如，可以选择只对基坐标系下的X轴方向进行力跟踪控制。
S120、根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移。
其中，力传感器用于将力的量值转换为相关电信号。力传感器可以用于检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量，可以安装于机械臂的任意部位，例如，可以将六维力传感器安装于机械臂末端，用于获取实时力数据，每个实时力数据包括对应时刻的力的大小和方向，即在对应时刻，各力控方向对应的三维力(Fx,Fy,Fz)和三维正交力矩(Mx,My,Mz)，通过对该三维力和三维正交力矩进行分解，得到各力控方向对应的力数据和力矩数据。
目标方向位移可以通过用户在先拖动机械臂运动过程中记录的机械臂末端姿态和机械臂末端坐标的变化确定，示例性的，可以根据在基坐标系或机械臂末端坐标系等其他坐标系下各力控方向在对应力控模式下的机械臂末端坐标和姿态的变化确定。
将用户在先拖动机械臂运动过程中记录的机械臂末端姿态和机械臂末端坐标对应的位移分解到各力控方向，得到目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移。
S130、将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
可以理解的是，各个力控模式对应的力控方向都有对应的分控制力，将分控制力合成得到合力，确定合力方向；将各个力控模式对应力控方向的目标方向位移相加，得到合位移，该合位移与合力方向对应，将合位移作为目标控制位移；通过解析法、几何法或迭代法对该合位移对应的机械臂坐标位置进行运动学逆解运算，得到机械臂坐标位置对应的各关节的角度；控制目标机械臂以目标控制位移运动。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
图2是本发明实施例提供的另一种机械臂控制方法的流程图，本实施例与上述实施例中的机械臂控制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当力控模式为力跟踪控制模式时，得到目标控制机械臂在力控模式为力跟踪控制模式的力控方向的目标方向位移的过程。本实施例可适用于机械臂控制的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行机械臂控制的情况。该方法可以由机械臂控制装置执行，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，机械臂控制方法包括以下步骤：
S210、获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式。
S220、当力控模式为力跟踪控制模式时，根据实时力数据确定在对应力控方向的目标控制机械臂的实时控制力。
通过实时力数据在对应时刻的力的大小和方向，将该对应时刻的力的方向分解到力跟踪模式对应的力控方向上，作为该对应时刻的实时控制力。
S230、根据实时控制力和预设控制力确定力误差，并将力误差输入预设比例积分微分力控模型，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移。
比例积分微分(Proportion Integral Differential，PID)力控模型是一种在机械臂力控过程中，基于控制输出反馈来进行校正的控制模型，它是在测量出实际输出的控制力与目标控制力(预设控制力)发生偏差时，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(也称PID调节器)。这样做的好处是，可以纠正控制力的偏差，从而使其达到一个稳定的状态。
PID力控模型可通过公式(1)表示，其中，Kp、Ki和Kd为导纳控制模型的参数，可通过实验或其他通用确定PID控制器参数的方法来确定；fe是力误差，可以通过预设控制力在力跟踪控制对应力控方向上在各坐标位置的初始分力与力跟踪控制对应力控方向上目标控制机械臂末端的力传感器获取的实时力数据的差得到；将力误差输入PID力控模型，解析公式(1)得到力跟踪控制对应力控方向下预设运动路线信息中各坐标位置上的初始方向位移对应的加速度对该加速度进行两次积分得到对应的初始方向位移δ。
S240、根据预设运动路线信息中各坐标位置和各力控方向的转换关系，得到目标控制机械臂在力控模式为力跟踪控制模式的力控方向的目标方向位移。
根据预设运动路线信息中各坐标位置和/或姿态与对应力控模式下对应力控方向的转换关系，将预设运动路线信息中各坐标位置上的初始方向位移转换到导纳控制模式下对应力控方向，得到预设运动路线信息中各坐标位置上的初始方向位移在力控模式为力跟踪控制模式的力控方向的目标方向位移。
S250、将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
本实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；当力控模式为力跟踪控制模式时，根据实时力数据确定在对应力控方向的目标控制机械臂的实时控制力；根据实时控制力和预设控制力确定力误差，并将力误差输入预设比例积分微分力控模型，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移；根据预设运动路线信息中各坐标位置和各力控方向的转换关系，得到目标控制机械臂在力控模式为力跟踪控制模式的力控方向的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，通过PID控制实现力度精准控制，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
图3是本发明实施例提供的又一种机械臂控制方法的流程图，本实施例与上述实施例中的机械臂控制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当力控模式为导纳控制模式时，得到目标控制机械臂在力控模式为导纳控制模式的力控方向的目标方向位移的过程。本实施例可适用于机械臂控制的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行机械臂控制的情况。该方法可以由机械臂控制装置执行，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，机械臂控制方法包括以下步骤：
S310、获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式。
S320、当力控模式为导纳控制模式时，将实时力数据和预设控制力输入到参数动态更新的导纳控制模型中，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移。
导纳控制的原理是把机械臂末端和与其接触的部位的相互作用看作是由弹簧-阻尼-质量组成的二阶系统，可以根据需要控制位移和接触力之间的动态相互作用，而不是分别控制这些变量。这样做的好处是，提供了通过调整机械臂与其接触部位之间的交互来同时控制机械臂的运动和接触力，可以提高机械臂控制的灵活性，并且可以保证人机交互的安全性。导纳控制是根据机械臂末端的实时控制力和预设控制力，计算得到机械臂末端的位移。此外，与导纳控制的原理类似的还有阻抗控制，阻抗控制是根据机械臂末端的实时位移和预设控制力，计算得到控制力。
导纳控制对应的力控模型为导纳控制模型，可通过公式(2)表示，其中，M、B和K为导纳控制模型的参数，对应不同的柔顺效果，与该将机械臂的接触部位的刚度有关；fext是目标控制机械臂末端的力传感器获取的实时力数据；fd是预设控制力在导纳控制对应力控方向上在各坐标位置的初始分力，fext可以通过机械臂末端力传感器的实时力数据得到，解析公式(2)得到在对应导纳控制模式下对应力控方向上的初始方向位移δx。
进一步的，导纳控制模型的参数动态更新方法，包括：
首先，监测目标控制机械臂的目标接触部位的刚度变化。
具体的，首先，监测设置于目标控制机械臂末端的力传感器获取的实时力数据确定接触力变化率，并根据目标控制机械臂末端的坐标变化确定位移变化率；然后，计算接触力变化率和位移变化率的比值，得到目标接触部位的刚度变化。
其中，目标接触部位的刚度Ke为接触力变化量与位移变化量的比值，通过计算对应时间段内接触力变化率和位移变化率的比值确定，如公式(3)所示，其中，ΔF是时间段ΔT对应的接触力变化量，通过实时监测设置于目标控制机械臂末端的力传感器数据获得ΔF，Δx是时间段ΔT对应的接触位移变化量，通过实时监测目标接触部位的位移获得Δx，ΔF/ΔT是时间段ΔT对应的接触力变化率，Δx/ΔT是时间段ΔT对应的接触位移变化率。
然后，分别获取导纳控制模型中的至少一个参数与目标接触部位的刚度的映射关系。
具体的，预先设置了映射关系，用于表示导纳控制模型的一个或多个参数与目标接触部位的刚度的映射关系。其中，导纳控制模型的参数M、B和K对应不同的柔顺效果，与目标接触部位的刚度有关，M、B和K与目标接触部位的刚度通过映射关系确定，例如，参数B可以通过与目标接触部位的刚度Ke的关系可以通过一次函数B＝k*Ke+b确定，用户可以根据柔顺效果选择对应的映射关系。
最后，根据映射关系，更新导纳控制模型的参数。
具体的，根据用户对映射关系的选择和目标接触部位的刚度，确定对应的导纳控制模型的参数，对导纳控制模型的参数进行更新。
S330、根据力控模式为导纳控制模式的力控方向与预设运动路线信息中各坐标位置的转换关系和初始方向位移，得到目标控制机械臂在力控模式为导纳控制模式的力控方向的目标方向位移。
可以理解的是，根据力控方向与预设运动路线信息中各坐标位置的转换关系，将包括预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移的对应力控方向的初始方向位移，转换得到目标控制机械臂在力控模式为导纳控制模式的力控方向的目标方向位移。
S340、将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
本发明实施例的技术方案，通过获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；当力控模式为导纳控制模式时，将实时力数据和预设控制力输入到参数动态更新的导纳控制模型中，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移；根据力控模式为导纳控制模式的力控方向与预设运动路线信息中各坐标位置的转换关系和预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移，得到目标控制机械臂在力控模式为导纳控制模式的力控方向的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移和接触部位的刚度复现运动轨迹，实现力度柔顺控制，进一步提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
图4是本发明实施例提供的一种机械臂控制装置的结构框图，本实施例可适用于机械臂控制的场景中，更适用于基于力传感器的力数据进行机械臂控制的情况。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电子设备中。
如图4所示，该机械臂控制装置包括：力控获取模块401、方向位移确定模块402和机械臂控制模块403。
其中，力控获取模块401用于获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；方向位移确定模块402用于根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；机械臂控制模块403用于将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。
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预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；根据目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和预设控制力，分别确定目标控制机械臂在各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；将各目标方向位移之和作为目标控制机械臂在各力控方向的合力方向的目标控制位移。本发明实施例的技术方案，解决了机械臂控制方式的灵活度不高的问题，能够根据机械臂末端实际位移复现运动轨迹，同时保证运动速度，提高机械臂控制的灵活性和准确率，适用于多种场景的机械臂控制。
可选的，方向位移确定模块402用于：
将实时力数据和预设控制力输入到参数动态更新的导纳控制模型中，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移；
根据力控模式为导纳控制模式的力控方向与预设运动路线信息中各坐标位置的转换关系和初始方向位移，得到目标控制机械臂在力控模式为导纳控制模式的力控方向的目标方向位移。
可选的，该装置还包括模型更新模块，该模型更新模块用于：
监测目标控制机械臂的目标接触部位的刚度变化；
根据目标接触部位的刚度变化更新导纳控制模型的参数。
可选的，该装置还包括刚度监测模块，该刚度监测模块用于：
监测实时力数据确定接触力变化率，并根据目标控制机械臂末端的坐标变化确定位移变化率；
计算接触力变化率和位移变化率的比值，得到目标接触部位的刚度变化。
可选的，该装置还包括参数更新模块，该参数更新模块用于：
分别获取导纳控制模型中的至少一个参数与目标接触部位的刚度的映射关系；
根据映射关系，更新导纳控制模型的参数。
可选的，方向位移确定模块402用于：
根据实时力数据确定在对应力控方向的目标控制机械臂的实时控制力；
根据实时控制力和预设控制力确定力误差，并将力误差输入预设比例积分微分力控模型，得到预设运动路线信息中各坐标位置上的初始方向位移；
根据预设运动路线信息中各坐标位置和各力控方向的转换关系，得到目标控制机械臂在在力控模式为力跟踪控制模式的力控方向的目标方向位移。
可选的，还装置还包括预设控制力确定模块，预设控制力确定模块用于：
将用户输入的在各力控方向的力控模式的力数值作为预设控制力；和/或，
根据预设运动路线信息中各坐标位置处的参考力数据确定预设控制力。
本发明实施例所提供的机械臂控制装置可执行本发明任一实施例所提供的机械臂控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
图5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5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，例如机械臂控制方法。
在一些实施例中，机械臂控制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RAM13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的机械臂控制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)而被配置为执行机械臂控制方法。
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 (9)
1.一种机械臂控制方法，其特征在于，包括：
获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；
根据所述目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和所述预设控制力，分别确定所述目标控制机械臂在所述各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；
将各所述目标方向位移之和作为所述目标控制机械臂在所述各力控方向的合力方向的目标控制位移；
其中，所述预设控制力的确定过程，包括：
将用户输入的在所述各力控方向的力控模式的力数值作为所述预设控制力；和/或，
根据所述预设运动路线信息中各坐标位置处的参考力数据确定所述预设控制力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当力控模式为导纳控制模式时，所述根据所述目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和所述预设控制力，得到所述目标控制机械臂在所述力控模式为导纳控制模式的所述力控方向的目标方向位移，包括：
将所述实时力数据和所述预设控制力输入到参数动态更新的导纳控制模型中，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移；
根据所述力控模式为导纳控制模式的所述力控方向与所述预设运动路线信息中各坐标位置所对应的运动方向的转换关系和所述初始方向位移，得到所述目标控制机械臂在所述力控模式为导纳控制模式的所述力控方向的目标方向位移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导纳控制模型的参数动态更新方法，包括：
监测所述目标控制机械臂的目标接触部位的刚度变化；
根据所述目标接触部位的刚度变化更新所述导纳控制模型的参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监测所述目标控制机械臂的目标接触部位的刚度变化，包括：
监测所述实时力数据确定接触力变化率，并根据目标控制机械臂末端的坐标变化确定位移变化率；
计算所述接触力变化率和所述位移变化率的比值，得到所述目标接触部位的刚度变化。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标接触部位的刚度变化更新所述导纳控制模型的参数，包括：
分别获取所述导纳控制模型中的至少一个参数与所述目标接触部位的刚度的映射关系；
根据映射关系，更新所述导纳控制模型的参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述力控模式为力跟踪控制模式时，所述根据所述目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和所述预设控制力，得到所述目标控制机械臂在所述力控模式为力跟踪控制模式的所述力控方向的目标方向位移，包括：
根据所述实时力数据确定在对应力控方向的目标控制机械臂的实时控制力；
根据所述实时控制力和所述预设控制力确定力误差，并将所述力误差输入预设比例积分微分力控模型，得到预设运动路线信息中各坐标位置处的初始方向位移；
根据所述预设运动路线信息中各坐标位置所对应的运动方向和所述各力控方向的转换关系，得到所述目标控制机械臂在所述力控模式为力跟踪控制模式的所述力控方向的目标方向位移。
7.一种机械臂控制装置，其特征在于，包括：
力控获取模块，用于获取目标控制机械臂在预设运动路线信息中各坐标位置处的预设控制力和各个力控方向对应的力控模式；
方向位移确定模块，用于根据所述目标控制机械臂的末端的力传感器获取的实时力数据和所述预设控制力，分别确定所述目标控制机械臂在所述各力控方向在对应力控模式下的目标方向位移；
机械臂控制模块，用于将各所述目标方向位移之和作为所述目标控制机械臂在所述各力控方向的合力方向的目标控制位移；
预设控制力确定模块，用于：将用户输入的在所述各力控方向的力控模式的力数值作为所述预设控制力；和/或，根据所述预设运动路线信息中各坐标位置处的参考力数据确定所述预设控制力。
8.一种电子设备，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1-6中任一所述的机械臂控制方法。
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1-6中任一中所述的机械臂控制方法。
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