CN115990883B - 一种机器人的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本说明书公开了一种机器人的控制方法及装置，可以根据视觉传感器对目标物进行定位，得到定位结果，并根据该定位结果，控制机器人接近目标物，而后，若根据视觉传感器的定位结果，确定机器人位于距离目标物的预设距离范围内，监测力传感器测量得到的机器人被施加的外力，进而根据外力以及定位结果，确定机器人接近目标物所需的加速度，并根据该加速度，计算出相应的速度和位置增量，控制机器人不断接近目标物，直到监测到机器人接触到目标物，调整机器人持有的指定工具与目标物之间的角度，以通过机器人执行针对目标物的操作，结合力传感器与视觉传感器共同控制机器人进行针对目标物的操作，避免损坏工具或目标物，达到柔顺操控的效果。
Description
技术领域
本说明书涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人的控制方法及装置。
背景技术
当前，通过控制机器人来执行各种操作，可以提高多种行业中任务的操作效率，例如，在工业中可以通过机器人来进行打磨抛光、轴孔装配等操作。
在实际应用中，机器人可以通过配置在自身的视觉传感器，来进行定位，以控制自身完成所需的操作。但是，通过视觉传感器进行定位可能会存在有一定问题，例如若是光线偏暗，或是存在反光等现象，可能会使得机器人的定位不准确，从而导致机器人的操作也出现一定问题，如将工具损坏。
因此，如何提高机器人进行操作的准确性，则是一个亟待解决的问题。
发明内容
本说明书提供一种机器人的控制方法及装置，以部分的解决现有技术存在的上述问题。
本说明书采用下述技术方案：
本说明书提供了一种机器人的控制方法，包括：
通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果；
若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力；
根据所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物；
根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
可选地，在控制所述机器人接近所述目标物时，确定所述力传感器所监测到的外力；
判断所述外力是否超过预设外力；
若否，则根据监测到的外力，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人接近所述目标物；
若是，确定监测到所述机器人接触到所述目标物。
可选地，根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，具体包括：
根据所述加速度以及预设的控制周期，确定在所述控制周期内所述机器人所需的速度；
根据所述速度，确定所述机器人的机械臂需要达到所述速度的关节角度增量；
根据所述关节角度增量，在所述控制周期内控制所述机器人的机械臂接近所述目标物。
可选地，根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，具体包括：
根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，以使所述指定工具与所述目标物所对应的平面垂直，所述设定轴为所述指定工具所朝向方向对应的轴。
可选地，根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，具体包括：
将所述指定工具绕垂直于所述设定轴的第一轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到垂直于所述设定轴的第二轴上的力低于预设阈值，将所述指定工具绕所述第二轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到所述第一轴上的力低于预设阈值，所述第一轴与所述第二轴互相垂直。
可选地，所述方法还包括：
获取约束集以及策略集，所述约束集中包括有约束量，所述策略集中包括约束量对应的控制策略；
若监测到所述机器人的当前状态满足所述约束集中的任意约束量，将所述任意约束量作为目标量，并根据所述目标量对应的控制策略，对所述机器人进行控制。
可选地，根据所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，具体包括：
根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
可选地，根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，具体包括：
根据当前的控制流程，确定所述控制流程对应的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵以及刚度参数矩阵，作为目标参数矩阵；
根据所述目标参数矩阵、所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
本说明书提供了一种机器人的控制装置，包括：
定位模块，用于通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果；
监测模块，用于若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力；
确定模块，用于根据所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物；
控制模块，用于根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
可选地，所述确定模块具体用于，在控制所述机器人接近所述目标物时，确定所述力传感器所监测到的外力；判断所述外力是否超过预设外力；若否，则根据监测到的外力，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人接近所述目标物；若是，确定监测到所述机器人接触到所述目标物。
可选地，所述确定模块具体用于，根据所述加速度以及预设的控制周期，确定在所述控制周期内所述机器人所需的速度；根据所述速度，确定所述机器人的机械臂需要达到所述速度的关节角度增量；根据所述关节角度增量，在所述控制周期内控制所述机器人的机械臂接近所述目标物。
可选地，所述控制模块具体用于，根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，以使所述指定工具与所述目标物所对应的平面垂直，所述设定轴为所述指定工具所朝向方向对应的轴。
可选地，所述控制模块具体用于，将所述指定工具绕垂直于所述设定轴的第一轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到垂直于所述设定轴的第二轴上的力低于预设阈值，将所述指定工具绕所述第二轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到所述第一轴上的力低于预设阈值，所述第一轴与所述第二轴互相垂直。
本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述机器人的控制方法。
本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述机器人的控制方法。
本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
从上述机器人的控制方法中可以看出，根据视觉传感器对目标物进行定位，得到定位结果，并根据该定位结果，控制机器人接近目标物，而后，若根据视觉传感器的定位结果，确定机器人位于距离目标物的预设距离范围内，监测机器人上配置的力传感器测量得到的机器人被施加的外力，进而根据外力以及定位结果，确定机器人接近目标物所需的加速度，并根据该加速度，控制机器人不断接近目标物，直到监测到所述机器人接触到目标物，根据机器人在接触到目标物时力传感器监测到的外力，调整指定工具与目标物之间的角度，以控制机器人通过指定工具执行针对目标物的操作，指定工具设置在机器人上。
从上述内容中可以看出，本说明书提供的机器人的控制方法可以达到，结合力传感器与视觉传感器共同控制机器人进行针对目标物的操作，以避免损坏工具或目标物，达到柔顺操控的效果，并且，通过力传感器所检测到的外力，来控制机器人操作工具与目标物之间存在一定角度，可以使得机器人准确针对目标物进行一定操作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：
图1为本说明书提供的一种机器人的控制方法的流程示意图；
图2为本说明书提供的一种调整指定工具与目标物之间的角度的流程示意图；
图3为本说明书提供的一种调整指定工具与目标物之间的角度的场景示意图；
图4为本说明书提供的一种机器人的控制装置示意图；
图5为本说明书提供的对应于图1的电子设备示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书保护的范围。
以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书提供的一种机器人的控制方法的流程示意图，具体包括以下步骤：
S100：通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果。
S102：若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力。
在实际应用中，可以通过机器人执行各种操作，如抛光打磨、轴孔装配等类似操作，这些操作需要机器人持有工具针对一个目标物(如磨盘、孔)进行操作，并且，需要机器人的操作较为精准，避免损坏需要进行操作的事物。
基于此，机器人通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据该图像数据，对目标物所处的位置进行定位，得到定位结果，进而根据该定位结果，控制机器人接近该目标物，而后，若根据视觉传感器的定位结果，确定机器人位于距离目标物的预设距离范围内，则可以监测该机器人上配置的力传感器测量得到的机器人被施加的外力。
这里提到的视觉传感器可以是相机、摄像头等装置，例如，该视觉传感器可以为深度相机，上述所指出的机器人接近目标物，可以是指机器人的机械臂末端接近目标物，以使得机器人机械臂末端所持有的工具接触到目标物。
由于通过视觉传感器进行定位可能会存在一定误差，可以在机器人的机械臂末端，或者机械臂所持有的工具末端配置力传感器，通过该力传感器可以确定出在机械臂末端处的受力情况，通过结合力传感器控制机器人的机械臂末端接触目标物，可以避免目标物或工具的损坏。
上述提到的预设距离范围可以进行设定，例如，预设距离范围可以被设定为目标物上方的一定范围，若根据定位结果，确定出机器人(机器人的机械臂末端)位于目标物上方的一定范围内，则可以开始检测力传感器所检测到的外力，进而结合力传感器所测量得到的外力和通过视觉传感器对目标物的定位结果，共同控制机器人针对目标物进行操作。
S104：根据所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物。
S106：根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
基于上述描述，在确定出力传感器测量得到的外力后，可以根据该外力以及上述针对目标物的定位结果，确定该机器人接近目标物所需的加速度，而后，可以通过该控制所述机器人不断接近目标物，直到监测到机器人接触到目标物。
其中，在控制机器人接近目标物时，可以确定力传感器所监测到的外力，并判断监测到的外力是否超过预设外力，若否，则根据监测到的外力，确定机器人接近目标物所需的加速度，并根据加速度，控制机器人接近目标物，若是，确定监测到机器人接触到目标物。
其中，具体在根据该外力以及上述针对目标物的定位结果，确定该机器人接近目标物所需的加速度时，可以确定出预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，并根据这些惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及外力和定位结果，确定机器人接近目标物所需的加速度。
具体可以通过以下公式，计算出机器人接近目标物所需的加速度：
其中，为加速度，M、B、K分别为惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，Fe为力传感器测量得到的机器人收到的外力，xe为机器人当前位姿与目标物的定位结果之间的偏差，/>为xe的导数。需要说明的是，结合力传感器所测得的外力与视觉传感器的定位结果来控制机器人接近目标物的过程是迭代的，即，需要不断的通过力传感器所测得的外力与视觉传感器的定位结果来确定出加速度，以控制机器人接近目标物，直到机器人接触到目标物。
也就是说，在每一个控制周期，需要确定出机器人在该控制周期内的加速度，从而在该控制周期内控制机器人，即，可以通过在该控制周期内确定出的加速度与该控制周期的时长，确定在该控制周期内机器人所需的速度，并根据确定出的速度，确定机器人的机械臂需要达到这一速度的关节角度增量，最后根据关节角度增量，在该控制周期内控制机器人的机械臂接近目标物，通过在该控制周期内确定出的加速度与该控制周期的时长，确定在该控制周期内机器人所需的速度如以下公式所示。
其中，为该控制周期内确定出的加速度，Δt为该控制周期的时长。
在实际应用中，惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵可以根据实际需求进行设定，其中，可以根据实际柔顺度需求，对惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵等参数进行设定。
需要说明的是，在机器人作业的整体流程中，不同阶段的柔顺度需求可能是不同的，因此，可以根据当前的控制流程，确定当前的控制流程对应的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵以及刚度参数矩阵，作为目标参数矩阵；并根据所述目标参数矩阵、所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
具体的控制流程所对应的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵以及刚度参数矩阵可以预先进行预设，并且，机器人作业中具体包含的控制流程数量，当机器人处于何种状态下对应哪一个控制流程也可以预先进行预设。
还需说明的是，由于需要通过机器人持有的指定工具针对目标物进行一定操作，指定工具与目标物之间需维持一定角度(例如保持垂直)，因此，在监测到机器人接触到目标物后，可以根据机器人在接触到目标物时力传感器监测到的外力，调整指定工具与目标物之间的角度，以控制机器人通过指定工具执行针对目标物的操作，指定工具设置在机器人上，需要说明的是，在调整角度的同时，依旧可以根据外力以及目标物的定位结果，确定机器人移动的加速度以控制机器人的活动。
具体的，若确定所述力传感器监测到的设定轴上的力不小于设定阈值，可以根据力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将指定工具按照除设定轴之外的其他轴进行旋转，以使工具与目标物所对应的平面垂直，设定轴为指定工具所朝向方向对应的轴。
其中，这里提到的设定轴可以是指机械臂末端所持有的指定工具所朝向方向对应的轴，即，该设定轴可以是以机械臂末端为中心的坐标系中的z轴，其中，该坐标系中的z轴方向是机械臂末端所持有指定工具所朝向的方向。坐标系中的x轴与y轴垂直于z轴。
具体在通过除设定轴之外的其他轴旋转指定工具，可以是指将指定工具绕第一轴(可以是指上述提到的x轴)进行旋转，直到通过力传感器监测到第二轴上的力低于预设阈值，将指定工具绕第二轴(可以是指上述提到的y轴)进行旋转，直到通过力传感器监测到第一轴上的力低于预设阈值，则可以视为工具与目标物之间垂直，从而。可以继续控制机器人执行针对目标物的操作。其中，预设阈值可以预先进行设置，例如可以设置为一个较小的值。
具体的流程可以如图2所示，实际的场景示例可以如图3所示。
图2为本说明书提供的一种调整指定工具与目标物之间的角度的流程示意图。
图3为本说明书提供的一种调整指定工具与目标物之间的角度的场景示意图。
上述提到的坐标系，z轴、x轴以及y轴方向具体可以类似图3中所示，图3表示出的是机械臂上持有指定工具(轴孔装配工具)进行寻孔的场景，当x轴方向上的力大于预设外力，则可以确定接触到目标物，从而开始调整指定工具的角度，可以先将指定工具绕x轴旋转，并确定力传感器监测得到的y轴力是否低于预设阈值，若低于预设阈值，则可以将指定工具绕y轴旋转，直到x轴方向上的力低于预设阈值。
需要说明的是，在整个针对机器人的控制流程中，可以存在有约束集和策略集，机器人可以获取约束集以及策略集，约束集中包括有约束量，策略集中包括约束量对应的控制策略；若监测到机器人的当前状态满足约束集中的任意约束量，可以将任意约束量作为目标量，并根据目标量对应的控制策略，对机器人进行控制。
约束集中的约束量可以包括机器人的速度以及所受到的外力，如法向速度、切向速度、法向力、切向力等，约束集的某个约束量可以定义出机器人的一种状态，当机器人在运动过程中变化后的状态满足该约束量所对应的这种状态后，可以按照该约束量对应的策略，来控制机器人进行后续的操作。例如，在机器人寻孔过程中，先需要找到孔所在的位置，当到达了孔所在的位置所受到的z轴方向上的力为0，则后续需要开始进行轴孔装配。那么可以存在一个约束量：z轴上的力为0，对应的控制策略则是确定机器人所需的z轴方向上的速度，并按照z轴方向上的速度进行轴孔装配。
从上述内容中可以看出，本说明书提供的机器人的控制方法可以达到，结合力传感器与视觉传感器共同控制机器人进行针对目标物的操作，以避免损坏工具或目标物，达到柔顺操控的效果，并且，可以通过力传感器所检测到的各轴方向上的力，来控制机器人操作工具与目标物之间存在一定角度，可以使得机器人准确针对目标物进行一定操作。
图4为本说明书提供的一种机器人的控制装置示意图，包括：
定位模块401，用于通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果。
监测模块402，用于若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力。
确定模块403，用于根据所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物。
控制模块404，用于根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
可选地，所述确定模块403具体用于，在控制所述机器人接近所述目标物时，确定所述力传感器所监测到的外力；判断所述外力是否超过预设外力；若否，则根据监测到的外力，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人接近所述目标物；若是，确定监测到所述机器人接触到所述目标物。
可选地，所述确定模块403具体用于，根据所述加速度以及预设的控制周期，确定在所述控制周期内所述机器人所需的速度；根据所述速度，确定所述机器人的机械臂需要达到所述速度的关节角度增量；根据所述关节角度增量，在所述控制周期内控制所述机器人的机械臂接近所述目标物。
可选地，所述控制模块404具体用于，根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，以使所述指定工具与所述目标物所对应的平面垂直，所述设定轴为所述指定工具所朝向方向对应的轴。
可选地，所述控制模块404具体用于，将所述指定工具绕垂直于所述设定轴的第一轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到垂直于所述设定轴的第二轴上的力低于预设阈值，将所述指定工具绕所述第二轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到所述第一轴上的力低于预设阈值，所述第一轴与所述第二轴互相垂直。
可选地，所述控制模块404还用于，获取约束集以及策略集，所述约束集中包括有约束量，所述策略集中包括约束量对应的控制策略；若监测到所述机器人的当前状态满足所述约束集中的任意约束量，将所述任意约束量作为目标量，并根据所述目标量对应的控制策略，对所述机器人进行控制。
可选地，所述确定模块403具体用于，根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
可选地，所述确定模块403具体用于，根据当前的控制流程，确定所述控制流程对应的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵以及刚度参数矩阵，作为目标参数矩阵；根据所述目标参数矩阵、所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述机器人的控制方法。
本说明书还提供了图5所示的电子设备的示意结构图。如图5所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述机器人的控制方法。
当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存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)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。
Claims (14)
1.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括：
通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果；
若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力，通过所述力传感器确定出在机械臂末端处的受力情况，其中，所述力传感器是在机器人的机械臂末端，或者机械臂所持有的工具末端配置的；
根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，其中，公式为：
为加速度，M、B、K分别为惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，Fe为力传感器测量得到的机器人收到的外力，xe为机器人当前位姿与目标物的定位结果之间的偏差，/>为xe的导数；
根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物；
根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物，具体包括：
在控制所述机器人接近所述目标物时，确定所述力传感器所监测到的外力；
判断所述外力是否超过预设外力；
若否，则根据监测到的外力，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人接近所述目标物；
若是，确定监测到所述机器人接触到所述目标物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，具体包括：
根据所述加速度以及预设的控制周期，确定在所述控制周期内所述机器人所需的速度；
根据所述速度，确定所述机器人的机械臂需要达到所述速度的关节角度增量；
根据所述关节角度增量，在所述控制周期内控制所述机器人的机械臂接近所述目标物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，具体包括：
根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，以使所述指定工具与所述目标物所对应的平面垂直，所述设定轴为所述指定工具所朝向方向对应的轴。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，具体包括：
将所述指定工具绕垂直于所述设定轴的第一轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到垂直于所述设定轴的第二轴上的力低于预设阈值，将所述指定工具绕所述第二轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到所述第一轴上的力低于预设阈值，所述第一轴与所述第二轴互相垂直。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取约束集以及策略集，所述约束集中包括有约束量，所述策略集中包括约束量对应的控制策略；
若监测到所述机器人的当前状态满足所述约束集中的任意约束量，将所述任意约束量作为目标量，并根据所述目标量对应的控制策略，对所述机器人进行控制。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，具体包括：
根据当前的控制流程，确定所述控制流程对应的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵以及刚度参数矩阵，作为目标参数矩阵；
根据所述目标参数矩阵、所述外力以及所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度。
8.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：
定位模块，用于通过机器人上设置的视觉传感器，采集针对目标物的图像数据，并根据所述图像数据，对所述目标物所处的位置进行定位，得到定位结果；
监测模块，用于若根据所述定位结果，确定所述机器人位于距离所述目标物的预设距离范围内，监测所述机器人上配置的力传感器测量得到的所述机器人被施加的外力，通过所述力传感器确定出在机械臂末端处的受力情况，其中，所述力传感器是在机器人的机械臂末端，或者机械臂所持有的工具末端配置的；
确定模块，用于根据预设的惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，以及所述外力和所述定位结果，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，其中，公式为：
为加速度，M、B、K分别为惯性参数矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数矩阵，Fe为力传感器测量得到的机器人收到的外力，xe为机器人当前位姿与目标物的定位结果之间的偏差，/>为xe的导数；
根据所述加速度，控制所述机器人不断接近所述目标物，直到监测到所述机器人接触到所述目标物；
控制模块，用于根据所述机器人在接触到所述目标物时所述力传感器监测到的外力，调整指定工具与所述目标物之间的角度，以控制所述机器人通过所述指定工具执行针对所述目标物的操作，所述指定工具设置在所述机器人上。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于，在控制所述机器人接近所述目标物时，确定所述力传感器所监测到的外力；判断所述外力是否超过预设外力；若否，则根据监测到的外力，确定所述机器人接近所述目标物所需的加速度，并根据所述加速度，控制所述机器人接近所述目标物；若是，确定监测到所述机器人接触到所述目标物。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于，根据所述加速度以及预设的控制周期，确定在所述控制周期内所述机器人所需的速度；根据所述速度，确定所述机器人的机械臂需要达到所述速度的关节角度增量；根据所述关节角度增量，在所述控制周期内控制所述机器人的机械臂接近所述目标物。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体用于，根据所述力传感器监测到的除设定轴之外的其他轴上的力，将所述机器人与所述指定工具按照所述其他轴进行旋转，以使所述指定工具与所述目标物所对应的平面垂直，所述设定轴为所述指定工具所朝向方向对应的轴。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体用于，将所述指定工具绕垂直于所述设定轴的第一轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到垂直于所述设定轴的第二轴上的力低于预设阈值，将所述指定工具绕所述第二轴进行旋转，直到通过所述力传感器监测到所述第一轴上的力低于预设阈值，所述第一轴与所述第二轴互相垂直。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1～7任一项所述的方法。
14.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1～7任一项所述的方法。
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