CN116175594A - 一种机器人的机械臂控制方法、设备及机器人 - Google Patents

一种机器人的机械臂控制方法、设备及机器人 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种机器人的机械臂控制方法、设备及机器人，应用于机器人控制技术领域。该方法包括：周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据当前受力与当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；根据当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；利用位移调整值对基准位移进行调整，得到当前周期机械臂的实际位移，并利用实际位移对机械臂进行控制，通过该方法可以使得机械臂更加自适应工作环境。

Description

一种机器人的机械臂控制方法、设备及机器人
技术领域
本申请涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种机器人的机械臂控制方法、设备及机器人。
背景技术
随着机械臂的普及和商用化，机械臂的应用领域不断增多，使用机械臂执行各种任务也不断丰富。在不同的应用场景下，需要利用机械臂的基准运动模型还原动作，目前绝大多数机械臂的应用仅限用于还原原始的基准运动模型中的动作，但涉及到复杂的环境时，比如清洁卫浴，现有技术很难控制机械臂模拟出适应性很高的动作，一方面机器人的位置和卫浴的安装位置可能存在相对误差，该误差会导致固定动作执行过程中无法清洁到卫浴或者发生碰撞等危险；第二方面，机械臂在清洁卫浴时无法感知任何反馈，无法对现有的动作模型进行数据分析，也就无法对于现有基准运动模型做更好的优化。
发明内容
第一方面，本申请实施例提供了一种机器人的机械臂控制方法，所述方法包括：
周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；
每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；
根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；
利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
在上述实施例中，通过在机械臂上安装力控传感器，可以得到机械臂在运行过程中的力反馈，进而可以根据获得的受力数据进行分析，实时得到机械臂的运动状况，从而可以及时对机械臂的运动轨迹进行调整；另外，还将现有的运动模型（坐标位置-位移）与机械臂在标准运行环境中的受力数据相结合，得到坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，并利用该映射关系代替现有的运动模型作为机械臂的运动标准，并在该映射关系的基础上，结合机械臂的实时受力，使得机械臂能够更好地适应工作环境。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述当前周期的受力差值大于第一预设阈值，则根据所述当前周期的受力差值，以及上一周期的受力差值，得到所述当前周期的受力差值调整值；
根据所述受力差值调整值、上一周期的位移调整值、上一周期的实际速度与基准速度之间的速度差、以及所述机械臂的性能参数，确定预测值，其中，上一周期的实际速度是对上一周期的实际位移进行微分得到，上一周期的基准速度是对上一周期的基准位移进行微分得到的；
对所述预测值进行积分，得到当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则将上一周期机械臂的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
在上述实施例中，为了保证机械臂在运行时既能触碰到物体，又不会与该物体产生碰撞，在控制机械臂运动之前，首先判断一下实际受力与基准受力的受力差值，并根据该差值的取值范围，计算与取值范围对应的位移调整值。
另外，考虑到若一直对机械臂的位移进行大幅度调整，会使得机械臂的运行无法保持在一个稳定的状态，因此，若当前受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则表明当前机械臂的受力与基准受力差距不大，利用上一周期机械臂的位移调整值即可。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值不小于第一预设位移，则根据上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，确定当前周期的位移恢复值；
将所述位移恢复值与所述上一周期的位移调整值的和，作为当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值小于第一预设位移，则将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
在上述实施例中，当受力差值小于第二预设阈值时，若利用当前受力差值得到的当前周期的位移调整值或上一周期的位移调整值对基准位移进行调整，可能会出现调整过度的情况，因此，当上一周期的位移调整值大于第一预设位移时，需要根据上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，进一步地获得位移恢复值，并结合上一周期的位移调整值与位移恢复值的和对基准位移进行调整；但是若上一周期的位移调整值过小，则表明机械臂处于理想的运行状态，则利用上一周期的位移调整值对当前周期的基准位移进行调整。
在一种可能的实施方式中，所述通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力，包括：
将所述受力数据，根据预先设置的所述力控传感器的坐标相对于机械臂坐标的旋转矩阵和所述机械臂的坐标相对于机器人坐标的旋转矩阵，转换到机器人坐标系下的受力，并将所述机器人坐标系下的受力作为机械臂的当前受力。
在上述实施例中，一般地，力控传感器采集的受力数据是在自身的坐标系下，为了得到准确的位移调整值，需要把力控传感器采集的受力数据转换到机器人的坐标系下。
在一种可能的实施方式中，所述利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，包括：
若所述位移调整值小于或等于第二预设位移，则利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整。
在上述实施例中，由于机械臂的运动范围有限，因此设置一个第二预设位移，当得到的位移调整值超过该第二预设位移时，则利用该第二预设位移进行调整。
第二方面，本申请实施例提供了一种机器人的机械臂控制设备，所述设备包括：
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指令，所述指令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：
周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；
每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；
根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；
利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
第三方面，本申请实施例提供了一种机器人，所述机器人包括：
如上述第二方面的机器人的机械臂控制设备；
位于机械臂上的力控传感器，用于采集机械臂的受力数据。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行上述第一方面的方法。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种机器人的机械臂控制方法应用场景示意图；
图2为本申请实施例提供的一种机器人的机械臂控制方法程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种确定位移调整值方法流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种机器人的机械臂控制装置示意图；
图5为本申请实施例提供的一种机器人的机械臂控制设备示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以按不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种机器人的机械臂控制方法的应用场景，通信网络101、终端设备102和至少一个机器人（如图示中的103_1、103_2、103_N）。其中通信网络101用于连接终端设备102和至少一个机器人，终端设备102用于通过通信网络101与至少一个机器人进行通信，终端设备102可以为电脑或手机，此处不进行具体限定，至少一个机器人可以通过通信网络101与终端设备102进行通信。用户可以利用终端设备102远程控制至少一个机器人的运行模式，例如，工作模式或休眠模式等，此处不进行具体限定，也可以设置运行时间，例如在上午9点开始运行。用户还可以通过终端设备102监控机器人的工作情况，例如，当机器人完成一个卫浴清洁后，向终端设备102反馈，用户可以通过终端设备102控制该机器人继续清洁另一个卫浴，或终止清洁工作。
由于机械臂是安装在机器人上，且目前对机器人及机械臂的控制模式是固定的，因此当机器人的位置由于外力与固定的模式产生偏差时，机械臂与工作对象之间的距离相比于固定模式也会出现偏差，进而导致无法触碰到工作对象或与工作对象产生磕碰的问题，基于上述问题，本申请实施例提供了一种机器人的机械臂控制方法，如图2所示，该方法包括：
S201：周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力。
目前，机器人都是按照预先设置的运动模型运动，其中运动模型可由机器人厂商提供。例如，对于清洁镜子的机器人来说，首先获取机器人当前所处的坐标位置，然后根据运动模型，确定从该坐标位置向右移动5个坐标，再向前移动6个坐标到达镜子跟前（此时机械臂由于触碰到镜子，受到镜子的反作用力），然后控制机械臂向右移动1个坐标（即开始清洁镜子）；可见上述过程中，机器人没有接收到关于机械臂的受力反馈，无法确定机械臂是否能够触碰到镜子，可能会出现机械臂执行无效动作的情况；另外，在机器人向右移动5个坐标后，机器人受到外力作用，向前移动了2个坐标，机器人再向前移动4个坐标即可到达镜子跟前，但是机器人依然会按照运动模型向前运动，不会因为到达镜子跟前就控制机械臂执行清洁过程。
在本申请实施例中，机器人会实时地记录，机械臂按照运动模型运动到的坐标位置，通过该坐标位置可以确定机器人的机械臂在该坐标位置上产生的位移。通过在机械臂上安装力控传感器，可以实时地获取到机械臂的受力情况，进而可以调整机械臂的位移。其中，基于机器人及各部件之间的位置顺序：机器人-机械臂起始端-机械臂末端-力控传感器-工具抓夹-工具，力控传感器可以安装在机械臂的末端，也可以安装在其它位置，本申请实施例采用的是六维力控传感器，此处不对力控传感器的安装位置，以及型号进行具体限定。
在一种可能的实施方式中，通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力，包括：
将所述受力数据，根据预先设置的所述力控传感器的坐标相对于机械臂坐标的旋转矩阵和所述机械臂的坐标相对于机器人坐标的旋转矩阵，转换到机器人坐标系下的受力，并将所述机器人坐标系下的受力作为机械臂的当前受力。
由于力控传感器本身存在坐标系，其采集的受力数据是在力控传感器坐标系下的数据，但是机器人和机械臂的运动都是在机器人的坐标系下，因此根据公式：
Figure SMS_1
，将力控传感器采集的受力数据转换到机器人坐标系下的受力。其中，Fs为机器人坐标系下的受力，R1为机械臂的坐标相对于机器人坐标的旋转矩阵，R0为力控传感器的坐标相对于机械臂坐标的旋转矩阵，R0和R1为预先标定好的，F0为力控传感器坐标系下的受力数据。
S202：每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值。
在本申请实施例中，机械臂在标准环境中执行预先设置的运动模型（坐标位置与位移之间的映射关系）时，通过结合力控传感器采集到的受力，得到坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系（即基准受力模型）。其中，标准环境为机械臂不受其它外力的环境，其它外力可以是人为外力或除了目标物体的其它物体的外力等，此处不进行具体限定。获取到机械臂的当前坐标位置后，从该映射关系中查找当前坐标位置对应的基准受力和基准位移。
通过力控传感器获取到机械臂的当前受力后，计算当前受力和基准受力的受力差值，在本申请实施例中，受力差值所处的范围包括3种情况，（1）大于第一预设阈值；（2）小于第一预设阈值且大于第二预设阈值；（3）小于第二预设阈值。受力差值所处的范围不同，其对应的对机械臂的位移调整值也不相同。
在一种可能的实施方式中，例如，基准受力为5N，第一预设阈值为3N，第二预设阈值为1N，由于若在每个周期都对机械臂的基准位移进行调整，则会使得机械臂很难保持在一个稳定运行的状态，因此当受力差值在1~3N时，表明当前机械臂的受力接近于基准值，机械臂的实际位移可能也处于基准范围内，在当前可能无需对基准位移进行调整。
S203：根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值。
如S202所述，本申请实施例受力差值所处的范围包括3种，各范围对应的确定位移调整值的流程如下述实施方式：
（1）受力差值大于第一预设阈值。
根据所述当前周期的受力差值，以及上一周期的受力差值，得到所述当前周期的受力差值调整值。
根据预先建立的受力比例-积分控制模型：
Figure SMS_2
，确定当前周期的受力差值调整值ΔF，其中kp和Kd为受力比例-积分模型的预设参数，其数值可以根据机械臂的实际运行情况进行设置，此处不进行具体设置，Fet为当前周期机械臂的实际受力与基准受力的受力差值，Fet-1为上一周期机械臂的实际受力与基准受力的受力差值。
根据所述受力差值调整值、上一周期的位移调整值、上一周期的实际速度与基准速度之间的速度差、以及所述机械臂的性能参数，确定预测值，其中，上一周期的实际速度是对上一周期的实际位移进行微分得到，上一周期的基准速度是对上一周期的基准位移进行微分得到的。
将上述步骤得到的ΔF输入预先构建的阻抗控制模型：
Figure SMS_3
，得到预测的加速度aet，aet用于表示当前周期实际加速度与基准加速度的差值，基准加速度为当前周期基准位移对应的加速度，xet-1表示上一周期机械臂的实际位移与上一周期基准位移之间的差值，即上一周期的位移调整值，/>
Figure SMS_4
表示上一周期机械臂的实际速度与上一周期基准速度之间的速度差值，上一周期的实际速度可以通过利用上一周期的实际位移与时间的商得到，即对上一周期的实际位移进行微分，上一周期基准速度可以通过利用上一周期的基准位移与时间的商得到，即对上一周期的基准位移进行微分得到，M为机械臂末端的惯性矩阵，与机械臂及末端工具构造相关，b为机械臂末端的阻尼矩阵，与机械臂结构相关，k为机械臂的末端刚度矩阵，与机械臂末端材质相关，M、b、k均为预先标定的。
其中当前周期的实际位移可以按照当前周期机械臂与初始位置的距离计算，例如，初始位置为0，当前周期为第3个周期，第一个周期机械臂向右移动1个坐标，第二个周期机械臂向右移动2个坐标，第三个周期机械臂向右移动1个坐标，则当前周期的实际位移为向右移动1+2+1=4个坐标，上一周期的实际位移为向右移动1+2=3个坐标，当设置每个周期为1秒时，则上一周期的实际速度为3/2=1.5；也可以按照上一周期的实际位移来统计当前周期的实际位移，如上述实施例，上一周期的实际位移为向右移动2个坐标，当设置每个周期为1秒时，则上一周期的实际速度为2/1=2，对于实际位移的计量方式，本申请实施例不进行具体限定。
对所述预测值进行积分，得到当前周期机械臂的位移调整值。
通过对加速度aet进行一次积分可以得到速度，对速度再进行一次积分得到位移，将对加速度aet积分得到的值作为当前周期机械臂的位移调整值。
（2）受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值。
将上一周期机械臂的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
若当前的受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值时，则表明当前机械臂的受力与基准受力之间的偏差在可接受范围内，若在上一周期位移调整值已经存在，则将上一周期机械臂的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值，若上一周期的位移调整值小于预设值，例如小于2个坐标，则也可以不对当前周期的基准位移进行调整，即将基准位移作为实际位移对机械臂进行控制。
（3）若所述受力差值小于第二预设阈值。
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值不小于第一预设位移，则表明利用当前受力差值得到的当前周期的位移调整值或上一周期的位移调整值对基准位移进行调整，可能会造成调整过度的情况，为了避免该问题，本申请实施例还进一步计算了位移恢复值，其中，获得位移恢复值的具体实施方式如下：
根据所述上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，确定当前周期的位移恢复值。
将第一位移调整值和上一周期的位移调整值输入预先设置的位移比例-积分控制模型：
Figure SMS_5
，得到位移恢复值Δx2，其中，Kp1和Kp2为位移比例-积分控制模型的预设参数，xet-1为上一周期的位移调整值，也就是上一周期机械臂的实际位移与上一周期基准位移之间的差值，xet-2为上两个周期的位移调整值，也就是上两个周期机械臂的实际位移与上两个周期基准位移之间的差值。
得到位移恢复值后，将所述位移恢复值与所述上一周期的位移调整值的和，作为当前周期机械臂的位移调整值。
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值小于第一预设位移，则将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
当受力差值小于第二预设阈值，且上一周期的位移调整值过小时，表明机械臂此时处于理想的运行状态，由于上一周期的位移调整值过小，其对应的位移恢复值也会很小，若利用该位移恢复值使得机械臂接近基准位移，机械臂可能会长时间在一个较小的范围内波动，使得机械臂的运行不稳定。此时，为了保证机械臂的稳定运行，可以不对机械臂的位移进行恢复，即将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
S204：利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
在本申请实施例中，是利用当前周期的位移调整值对当前坐标位置对应的基准位移进行调整，而不是对上一周期机械臂产生的实际位移，其调整过程如表1所示：
Figure SMS_6
机械臂在运行过程中其受力情况可能比较复杂，其机械臂的位移也并不是仅沿着单一的方向运动，也有可能沿着一个弧线运动。因此，对应的位移调整值也是携带方向信息的，例如，位移调整值为沿着x轴的正方向移动3个坐标，其中x轴为机器人坐标系下的横坐标。
由于机械臂的活动范围有限，若超出了该活动范围，机械臂可能无法回到原来的位置，还可能造成机械臂的损坏，因此本申请实施例设置了一个第二预设位移，当位移调整值不大于该第二预设位移时，才利用所述位移调整值对基准位移进行调整，若大于，则利用第二预设位移对基准位移进行调整，在确保机械臂正常运行的基础上，还可以使得械臂能够自适应环境。
下面根据图3对本申请实施例提供的确定位移调整值的流程进行详细介绍。
S301：计算当前受力与基准受力的受力差值，其中，确定当前受力与基准受力的实施方式如上述S201；
S302：判断受力差值是否大于第一预设阈值，若是，则执行S303，否则，执行S306；
S303：根据受力差值，确定当前受力差值调整值，具体实施方式如上述S203；
S304：根据受力差值调整值，确定预测值aet，具体实施方式如上述S203；
S305：对aet进行积分，得到当前周期的位移调整值；
S306：判断受力差值是否大于第二预设阈值，若是，则执行S307，否则执行S308；
S307：将上一周期的位移调整值作为当前周期的位移调整值；
S308：判断上一周期的位移调整值是否大于第一预设位移，若是，则执行S309，否则执行S311；
S309：根据上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，确定当前周期的位移恢复值，具体实施方式如上述S203；
S310：将上一周期的位移调整值与位移恢复值的和，作为当前周期机械臂的位移调整值；
S311：将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
本申请提供了一种机器人的机械臂控制方法，由于是周期性地获取机械臂的当前坐标位置，因此可以通过缩短每个周期提高机械臂控制方法的精度，另外，在本申请实施例中还设置了多个参数，如受力的阈值和预设位移等，在机械臂实际运行的过程中，可以根据坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系配置合适的参数，进而使得机械臂的位移更加准确。本申请实施例提供的械臂控制方法，在实际控制机械臂运动过程中，能够保持机械臂与工作对象恒定的力度，极大的减少了与工作对象分离或碰撞的可能性，增加了动作的柔顺性。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种机器人的机械臂控制装置400，如图4所示，包括：
获取模块401，用于周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；
第一确定模块402，用于每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；
第二确定模块403，用于根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；
控制模块404，利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
在一种可能的实施方式中，第二确定模块403用于根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述当前周期的受力差值大于第一预设阈值，则根据所述当前周期的受力差值，以及上一周期的受力差值，得到所述当前周期的受力差值调整值；
根据所述受力差值调整值、上一周期的位移调整值、上一周期的实际速度与基准速度之间的速度差、以及所述机械臂的性能参数，确定预测值，其中，上一周期的实际速度是对上一周期的实际位移进行微分得到，上一周期的基准速度是对上一周期的基准位移进行微分得到的；
对所述预测值进行积分，得到当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，第二确定模块403用于根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则将上一周期机械臂的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，第二确定模块403用于根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值不小于第一预设位移，则根据上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，确定当前周期的位移恢复值；
将所述位移恢复值与所述上一周期的位移调整值的和，作为当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，第二确定模块403用于根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值小于第一预设位移，则将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
在一种可能的实施方式中，获取模块401用于根据通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力，包括：
将所述受力数据，根据预先设置的所述力控传感器的坐标相对于机械臂坐标的旋转矩阵和所述机械臂的坐标相对于机器人坐标的旋转矩阵，转换到机器人坐标系下的受力，并将所述机器人坐标系下的受力作为机械臂的当前受力。
在一种可能的实施方式中，控制模块404用于根据利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，包括：
若所述位移调整值小于或等于第二预设位移，则利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种机器人，所述机器人包括：
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指令，所述指令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上述实施例中的一种机器人的机械臂控制方法；
机械臂，接收处理器的控制指令，并执行与控制指令相匹配的动作；
力控传感器，安装在机械臂上，用于实时获取机械臂的受力数据，并将该受力数据发送至处理器。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种机器人的机械臂控制设备，所述设备包括：
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指令，所述指令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上述实施例中的一种机器人的机械臂控制方法。
如图5所示，机器人的机械臂控制设备包括处理器501、存储器502和通信接口503。其中，处理器501、存储器502和通信接口503通过总线504相互连接。
所述处理器501，用于读取存储器502中的指令并执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述实施例提供的机器人的机械臂控制方法。
所述存储器502，用于存储上述实施例提供的机器人的机械臂控制方法的各种指令以及程序。
所述通信接口503，用于力控传感器与处理器501之间的数据交互。
总线504可以是外设部件互连标准（peripheral component interconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standard architecture，简称EISA）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器501可以是中央处理器（central processing unit，简称CPU），网络处理器（network processor，简称NP），图像处理器（Graphic Processing Unit，简称GPU）或者CPU、NP、GPU 的任一组合。还可以是硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（application-specific integrated circuit，简称ASIC），可编程逻辑器件（programmable logic device，简称PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（complex programmable logic device，简称CPLD），现场可编程逻辑门阵列（field-programmable gate array，简称FPGA），通用阵列逻辑（generic array logic，简称GAL）或其任意组合。
另外，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序所述计算机程序用于使计算机执行上述实施例中任何一项所述的方法。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其它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它可编程数据处理设备上，使得在计算机或其它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，从而在计算机或其它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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种机器人的机械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括：
周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；
每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；
根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；
利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述当前周期的受力差值大于第一预设阈值，则根据所述当前周期的受力差值，以及上一周期的受力差值，得到当前周期的受力差值调整值；
根据所述受力差值调整值、上一周期的位移调整值、上一周期的实际速度与基准速度之间的速度差、以及所述机械臂的性能参数，确定预测值，其中，上一周期的实际速度是对上一周期的实际位移进行微分得到，上一周期的基准速度是对上一周期的基准位移进行微分得到的；
对所述预测值进行积分，得到当前周期机械臂的位移调整值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第一预设阈值且大于第二预设阈值，则将上一周期机械臂的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值不小于第一预设位移，则根据上一周期的位移调整值和上两个周期的位移调整值，确定当前周期的位移恢复值；
将所述位移恢复值与所述上一周期的位移调整值的和，作为当前周期机械臂的位移调整值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值，包括：
若所述受力差值小于第二预设阈值且上一周期的位移调整值小于第一预设位移，则将上一周期的位移调整值作为当前周期机械臂的位移调整值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力，包括：
将所述受力数据，根据预先设置的所述力控传感器的坐标相对于机械臂坐标的旋转矩阵和所述机械臂的坐标相对于机器人坐标的旋转矩阵，转换到机器人坐标系下的受力，并将所述机器人坐标系下的受力作为机械臂的当前受力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，包括：
若所述位移调整值小于或等于第二预设位移，则利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整。
8.一种机器人的机械臂控制设备，其特征在于，所述设备包括：
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指令，所述指令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：
周期性地获取机械臂的当前坐标位置，以及通过力控传感器采集的受力数据确定机械臂的当前受力；
每获取一次当前坐标位置和当前受力，根据预先设置的坐标位置、基准受力与基准位移之间的映射关系，确定所述当前坐标位置对应的基准受力以及基准位移，并根据所述当前受力与所述当前坐标位置对应的基准受力，确定当前周期的受力差值；
根据所述当前周期的受力差值，确定当前周期机械臂的位移调整值；
利用所述位移调整值对所述基准位移进行调整，得到当前周期所述机械臂的实际位移，并利用所述实际位移对所述机械臂进行控制。
9.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：
如权利要求8所述的机器人的机械臂控制设备；
位于机械臂上的力控传感器，用于采集机械臂的受力数据。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行如权利要求1-7任何一项所述的方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107009368A (zh) * 2017-03-30 2017-08-04 东南大学 基于力传感器的机器人打磨作业控制系统及其控制方法
US10016900B1 (en) * 2017-10-10 2018-07-10 Auris Health, Inc. Surgical robotic arm admittance control
GB202004751D0 (en) * 2020-03-31 2020-05-13 Cmr Surgical Ltd Control system of a surgical robot
CN111805538A (zh) * 2020-06-18 2020-10-23 北京卫星制造厂有限公司 一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法
CN113799134A (zh) * 2021-09-27 2021-12-17 深圳市优必选科技股份有限公司 机器人控制方法、装置、机器人和可读存储介质
CN114800532A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 西南交通大学 机械臂控制参数确定方法、装置、设备、介质和机器人
CN115179279A (zh) * 2022-06-21 2022-10-14 深圳瀚维智能医疗科技有限公司 机械臂的控制方法、装置、机械臂以及可读存储介质

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107009368A (zh) * 2017-03-30 2017-08-04 东南大学 基于力传感器的机器人打磨作业控制系统及其控制方法
US10016900B1 (en) * 2017-10-10 2018-07-10 Auris Health, Inc. Surgical robotic arm admittance control
GB202004751D0 (en) * 2020-03-31 2020-05-13 Cmr Surgical Ltd Control system of a surgical robot
CN111805538A (zh) * 2020-06-18 2020-10-23 北京卫星制造厂有限公司 一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法
CN113799134A (zh) * 2021-09-27 2021-12-17 深圳市优必选科技股份有限公司 机器人控制方法、装置、机器人和可读存储介质
CN115179279A (zh) * 2022-06-21 2022-10-14 深圳瀚维智能医疗科技有限公司 机械臂的控制方法、装置、机械臂以及可读存储介质
CN114800532A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 西南交通大学 机械臂控制参数确定方法、装置、设备、介质和机器人

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