CN117549316B - 多轴机械臂控制方法及主从控制系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种多轴机械臂控制方法及主从控制系统，该方法包括：响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定所述第二坐标相对于所述第一坐标的第一坐标误差；基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量；基于所述目标控制量对所述第二机械臂进行控制以使所述第二机械臂跟随所述第一机械臂的坐标变化。本公开提供的多轴机械臂控制方法及主从控制系统不仅提高了机械臂控制的便利性，而且能够适应不同应用场合的具体需求。
Description
技术领域
本公开属于机械臂技术领域，更具体地说，是涉及一种多轴机械臂控制方法及主从控制系统。
背景技术
直角坐标机械臂通常具有多个运动自由度（轴），且运动自由度之间成空间直角关系，可以用在制造业的生产流程中，提高生产效率和产品质量。在机械臂使用之前，需要采用手操器或触摸屏等操控终端，对机械臂的工作轨迹逐轴点动完成示教、编程，形成运行程序下载到机械臂控制器。这个工作对操控者本身技能要求较高，缺乏技术人员的生产企业难以进行操作及维护，而且示教过程通常在实验室完成，无法适应不同应用场合的具体需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种多轴机械臂控制方法及主从控制系统，不仅提高了机械臂控制的便利性，而且能够适应不同应用场合的具体需求。
本公开实施例的第一方面，提供了一种多轴机械臂控制方法，包括：
响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定所述第二坐标相对于所述第一坐标的第一坐标误差；
基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量；
基于所述目标控制量对所述第二机械臂进行控制以使所述第二机械臂跟随所述第一机械臂的坐标变化。
本公开实施例的第二方面，提供了一种多轴机械臂控制装置，包括：
坐标获取模块，用于响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定所述第二坐标相对于所述第一坐标的第一坐标误差；
指令计算模块，用于基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量；
指令输出模块，用于基于所述目标控制量对所述第二机械臂进行控制以使所述第二机械臂跟随所述第一机械臂的坐标变化。
本公开实施例的第三方面，提供了一种主从控制系统，包括：
运动控制器以及多组机械臂；
每组机械臂都包含第一机械臂和第二机械臂；
所述运动控制器中存储有计算机程序，所述运动控制器执行所述计算机程序时实现上述的多轴机械臂控制方法的步骤。
本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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的多轴机械臂控制方法的步骤。
本公开实施例提供的多轴机械臂控制方法及主从控制系统的有益效果在于：
本实施例中，第一机械臂和第二机械臂均采用直角坐标结构，且第一机械臂和第二机械臂的结构相同、包含的轴的个数及各个轴的位置相同，第二机械臂上的各个轴独立控制。第一机械臂可以由人工操控，当人工拖动第一机械臂运动时，首先检测第一机械臂的末端执行器在各个轴上的位置（也即多个第一坐标）、以及第二机械臂的末端执行器在各个轴上的位置（也即多个第二坐标），然后基于PID控制器控制第二坐标跟随同一轴上第一坐标的变化，最终实现第二机械臂跟随第一机械臂的位置变化。这样，通过人工拖动第一机械臂即可实现第二机械臂的控制，提高了机械臂控制的便利性。
同时，通过获取外部输入的偏好信息，能够根据不同场合的具体需求调整预设的PID控制器的控制参数，提高第二机械臂在不同场合的控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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公开的一些实施例，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为本公开一实施例提供的多轴机械臂控制方法的流程示意图；
图2为本公开一实施例提供的多轴机械臂控制装置的结构框图；
图3为本公开又一实施例提供的多轴机械臂控制装置的结构框图；
图4为本公开一实施例提供的运动控制器的示意框图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
请参考图1，图1为本公开一实施例提供的多轴机械臂控制方法的流程示意图，该方法主要应用于主从控制系统中的运动控制器，主从控制系统包括第一机械臂、第二机械臂以及运动控制器，第一机械臂可以由人工操控，当人工拖动第一机械臂运动时，运动控制器控制第二机械臂跟踪第一机械臂的运动，具体的控制方法包括：
S101：响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定第二坐标相对于第一坐标的第一坐标误差。
在本实施例中，外部触发信号可以通过按键、触摸屏等外部设备输入。第一机械臂和第二机械臂均采用直角坐标结构，且第一机械臂和第二机械臂的结构相同、包含的轴的个数及各个轴的位置相同，各个轴上均设置有直线位移传感器，用于实时检测机械臂的末端执行器在各个轴上的位置。
其中，第一机械臂上没有设置动力机构，第二机械臂上设置有动力机构，运动控制器通过控制动力机构的动作实现第二机械臂的控制。当需要进行轨迹跟踪控制时，用户可以通过按键、触摸屏等外部设备输入轨迹跟踪信号，此时，人工拖动第一机械臂运动，在第一机械臂运动过程中，直线位移传感器实时检测第一机械臂的末端执行器在各个轴上的位置，以及第二机械臂的末端执行器在各个轴上的位置，得到多个第一坐标和多个第二坐标，并发送至运动控制器。第二机械臂中各个轴独立控制，以其中的一个轴为例，运动控制器将第一机械臂上同一位置轴的第一坐标作为目标值，将该轴的第二坐标作为实测值，计算实测值和目标值之间的第一坐标误差，用于后续的跟踪控制。
S102：基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量。
在本实施例中，第二机械臂的各个轴均采用PID控制器进行控制，PID控制器的控制参数需要多次调试得到，可以从多次调试记录中选择控制效果比较好的控制参数作为预设的PID控制器的控制参数。
在此基础上，针对不同的使用场合，每个用户会有不同的偏好需求，用户可以通过按键、触摸屏等外部设备输入偏好信息，进而根据偏好信息调整预设的PID控制器的控制参数，以适应相应场合的需求。
S103：基于目标控制量对第二机械臂进行控制以使第二机械臂跟随第一机械臂的坐标变化。
在本实施例中，通过PID控制器得到第二机械臂上各个轴的目标控制量，根据目标控制量对各个轴上的动力机构（可以是电机）进行控制，以使第二机械臂和第一机械臂相同位置上的轴运动一致，最终实现第二机械臂对第一机械臂的跟踪。
由上可以得出，本实施例通过人工拖动第一机械臂即可实现第二机械臂的运动控制，与传统的需要通过编程进行机械臂控制的方式相比，降低了控制难度。同时，通过获取外部输入的偏好信息，能够根据不同场合的具体需求调整预设的PID控制器的控制参数，提高第二机械臂在不同场合的控制精度。
在本公开的一种实施例中，偏好信息包含控制速度对应的第一偏好度和/或控制精度对应的第二偏好度，基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，包括：
响应于第一偏好度大于第二偏好度，基于第一偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第二控制参数，将第二控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。第一偏好比例为第一偏好度和第二偏好度的比值。
响应于第一偏好度小于第二偏好度，基于第二偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第三控制参数，将第三控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。第二偏好比例为第二偏好度和第一偏好度的比值。
响应于第一偏好度等于第二偏好度，将预设的第一控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。
在本实施例中，不同的使用场合对第二机械臂的控制速度和控制精度的要求不同，因此，偏好信息可以包括控制速度对应的第一偏好度和/或控制精度对应的第二偏好度。第一偏好度和第二偏好度均为0~1之前的数据，且二者之和为1。预设的PID控制器通常包括比例模块、积分模块和微分模块，对应的，预设的第一控制参数包括比例模块的比例系数、积分模块的积分时间和微分模块的微分系数。通过对预设的第一控制参数进行调整，可以满足不同使用场合对第二机械臂的控制速度和控制精度的要求。
在一种情况下，如果第一偏好度大于第二偏好度，则表明用户对控制速度的要求高于对控制精度的要求，通过计算第一偏好度和第二偏好度的比值可以得到第一偏好比例，根据第一偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到满足该偏好信息的PID控制器的控制参数，以提高控制速度。
在另一种情况下，如果第一偏好度小于第二偏好度，则表明用户对控制精度的要求高于对控制速度的要求，通过计算第二偏好度和第一偏好度的比值可以得到第二偏好比例，根据第二偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到满足该偏好信息的PID控制器的控制参数，以提高控制精度。
在另一种情况下，如果第一偏好度等于第二偏好度，则表明用户对控制精度和控制速度没有特殊的需求，采用预设的第一控制参数作为PID控制器的控制参数即可。
例如，若第一偏好度为，第二偏好度为/>，且/>，则表明用户对控制速度的要求高于对控制精度的要求。根据第一偏好度/>和第二偏好度/>计算第一偏好比例得到，将预设的比例系数增加（/>）倍，以增强比例模块的快速调节作用，同时将预设的积分时间增加（/>）倍，以减少积分模块的滞后作用。为避免第一偏好比例过大、造成比例系数或积分时间过大，本实施例预设有比例限值/>，如果计算得到的第一偏好比例大于预设的比例限值/>，则用/>代替/>对预设的比例系数和积分时间进行调整，也即将预设的比例系数增加（/>）倍，将预设的积分时间增加（/>）倍。
又如，若第一偏好度为，第二偏好度为/>，且/>，则表明用户对控制精度的要求高于对控制速度的要求。根据第一偏好度/>和第二偏好度/>计算第二偏好比例得到，将预设的比例系数减少（/>）倍，以减少速度的变化量，同时将预设的积分时间减少（/>）倍，以增强积分模块对静态误差的调节作用。为避免第二偏好比例过大、造成比例系数或积分时间过小，本实施例采用了与第一偏好比例相同的处理方法：如果计算得到的第二偏好比例/>大于预设的比例限值/>，则用/>代替/>对预设的比例系数和积分时间进行调整，也即将预设的比例系数减少（/>）倍，将预设的积分时间减少（/>）倍。
需要说明的是，在PID控制器中，起主要作用的是比例系数和积分时间，因此这里只根据偏好信息调整比例系数和微分时间，不再调整微分系数。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
S104：响应于外部触发的轨迹录制信号，将第一机械臂在最新动作周期内的多个第一坐标按照时序排列得到第一坐标轨迹，存储第一坐标轨迹。
在本实施例中，可以进行多次轨迹跟踪操作，同时，可以通过外部触发的方式控制每次轨迹跟踪的开始时间和结束时间，开始时间和结束时间的差值称为一个动作周期。
每次轨迹跟踪时，第一机械臂的各第一坐标的变化数据按照时序排列得到第一坐标轨迹，控制第二机械臂的各个轴按照第一坐标轨迹运行，即可实现第二机械臂对第一机械臂的跟踪控制。当某一个轨迹跟踪完成、想要保存对应的第一坐标轨迹时，用户可以通过按键或触摸屏等外部触发的方式输入轨迹录制信号，运动控制器接收到轨迹录制信号后，保存上述第一坐标轨迹。
可以预先保存多个不同的第一坐标轨迹，这样，在实际使用时，可以根据搬运、喷涂、打磨、除锈等领域的不同需求，选择对应的轨迹进行第二机械臂的控制，进一步提高了本实施例的通用性。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
S105：响应于外部触发的控制优化信号，将第二机械臂在最新动作周期内的多个第二坐标按照时序排列得到第二坐标轨迹。
S106：将第一坐标轨迹和第二坐标轨迹进行对齐处理，计算对齐处理后的第一坐标轨迹和第二坐标轨迹的差值轨迹。
S107：基于差值轨迹对预设的控制器的控制参数进行更新或者基于差值轨迹对目标控制量进行补偿。
在本实施例中，第二坐标轨迹作为某次轨迹跟踪控制的实际轨迹，第一坐标轨迹作为该次轨迹跟踪控制的目标轨迹，为进一步减少第二坐标轨迹和第一坐标轨迹之间的误差（差值），可以通过按键、触摸屏等外部设备输入轨迹优化信号，进行第二坐标轨迹的优化。
具体的，可以将第一坐标轨迹和第二坐标轨迹进行对齐处理，也即将第一坐标轨迹和第二坐标轨迹绘制在同一坐标系中，计算第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间的差值，得到差值轨迹。基于差值轨迹对PID控制器的控制参数进行更新，或者基于差值轨迹对PID控制器输出的目标控制量进行补偿，以进一步减少第二坐标轨迹和第一坐标轨迹之间的误差。
在本公开的一种实施例中，基于差值轨迹对预设的控制器的控制参数进行更新或者基于差值轨迹对目标控制量进行补偿，包括：
S1071：通过第一方法计算每个目标数据点对应的调整量。目标数据点为差值轨迹上任一不为零的数据点，调整量为预设的PID控制器的控制参数的更新量或者对目标控制量进行补偿时的补偿量。
其中，第一方法包括：
对于每个目标数据点（x，y），若x时刻对应的第二机械臂的受力参数在预设的受力参数范围内，则基于y值的大小以及正负计算预设的PID控制器的控制参数的更新量。
若x时刻对应的第二机械臂的受力参数未在预设的受力参数范围内，则基于第二机械臂的受力参数以及预设的受力参数范围计算对目标控制量进行补偿时的补偿量。
在本实施例中，目标数据点为第一坐标轨迹和第二坐标轨迹上不完全重合的数据点，也即第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间存在误差的数据点，其中，对任一目标数据点，x表示时刻，y表示x时刻对应的第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间的差值（误差）。基于每个目标数据点的误差可以计算每个目标数据点对应的调整量，进而根据每个目标数据点对应的调整量进行第二坐标轨迹的优化。第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间的误差主要来自于两个原因，一个原因是PID控制器的控制参数不合适，另一个原因是第二机械臂的受力范围超出了预设的受力参数范围，通过将第二机械臂的受力参数与预设的受力参数范围进行对比可以对上述两个原因进行区分。
以第二机械臂应用于搬运重物的场景为例，预设的PID控制器的控制参数基于预设的第一控制参数得到，预设的第一控制参数为厂家调试得到的控制参数，该控制参数仅在预设的受力参数范围内（也即搬运重物的重量在预设范围内）能够起到较好的控制效果，如果超出了预设的受力参数范围，就不能达到预期的控制效果，会造成第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间的误差。因此，在进行任一目标数据点（x，y）对应的调整量的计算时，首先将第二机械臂在x时刻的受力参数与预设的受力参数范围进行对比，根据对比结果，任一目标数据点（x，y）对应的调整量的计算方法（第一方法）分为以下两种情况：
第一种情况，如果第二机械臂在x时刻的受力参数在预设的受力参数范围内，则表明造成第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间误差的原因主要是PID控制器的控制参数不合适，此时可以基于目标数据点（x，y）的y值（差值）计算预设的PID控制器的控制参数的更新量，以对预设的PID控制器的控制参数进行更新。
其中，基于目标数据点（x，y）的y值（差值）计算预设的PID控制器的控制参数的更新量，包括：
如果y值大于零，则表明在x时刻第二坐标小于第一坐标，可以通过逐步增加比例系数、逐步增加积分时间来减小第二坐标和第一坐标之间的误差，如果在调节的过程中，第一坐标和第二坐标之间的差值逐渐增大，则反方向调节比例系数和积分时间，直到第一坐标和第二坐标之间的差值等于零，计算此时的比例系数与预设的PID控制器的比例系数之间的第一更新量、以及此时的积分时间与预设的PID控制器的积分时间之间的第二更新量，将上述第一更新量和第二更新量确定为预设的PID控制器的控制参数的更新量。
如果y值小于零，则表明在x时刻第二坐标大于第一坐标，可以通过逐步减小比例系数、逐步减小积分时间来减小第二坐标和第一坐标之间的误差，如果在调节的过程中，第二坐标和第一坐标之间的差值逐渐增大，则反方向调节比例系数和积分时间，直到第二坐标和第一坐标之间的差值等于零，计算此时的比例系数与预设的PID控制器的比例系数之间的第三更新量、以及此时的积分时间与预设的PID控制器的积分时间之间的第四更新量，将上述第三更新量和第四更新量确定为预设的PID控制器的控制参数的更新量。
第二种情况，如果第二机械臂在x时刻的受力参数未在预设的受力参数范围内，则表明造成第一坐标轨迹和第二坐标轨迹之间误差的原因主要是第二机械臂的受力范围超出了预设的受力参数范围，此时可以基于第二机械臂的受力参数以及预设的受力参数范围计算对目标控制量进行补偿时的补偿量，以对目标控制量进行补偿。
其中，基于第二机械臂的受力参数以及预设的受力参数范围计算对目标控制量进行补偿时的补偿量，包括：
如果第二机械臂的受力参数L小于预设的受力参数范围的最小值L min，则通过公式计算对目标控制量进行补偿时的补偿量，也即，如果第二机械臂的受力参数L太小，需要减小目标控制量。这里，/>表示对目标控制量进行补偿时的补偿量，u表示目标控制量。
如果第二机械臂的受力参数L大于预设的受力参数范围的最大值L max，则通过公式计算对目标控制量进行补偿时的补偿量，也即，如果第二机械臂的受力参数L太大，需要增加目标控制量。
至此，完成了每个目标数据点对应的调整量的计算。
S1072：基于每个目标数据点对应的调整量对预设的PID控制器的控制参数进行更新或者对目标控制量进行补偿。
在本实施例中，得到每个目标数据点对应的调整量之后，如果第二机械臂的受力参数在预设的受力参数范围内，则可以基于每个目标数据点对应的调整量对预设的PID控制器的控制参数进行更新；如果第二机械臂的受力参数未在预设的受力参数范围内，则可以基于每个目标数据点对应的调整量对目标控制量进行补偿。
在基于每个目标数据点对应的调整量对预设的PID控制器的控制参数进行更新时，根据目标数据点个数的不同，这里又分为两种情况：
第一种情况，如果目标数据点的个数与采样数据点总数的比值大于第一设定阈值，则表明需要对第二坐标轨迹进行整体更新。此时可以将多个目标数据点对应的调整量的平均值作为预设的PID控制器的控制参数的更新量，也即，将多个第一更新量的平均值或多个第三更新量的平均值作为预设的PID控制器的比例系数的更新量，叠加至预设的PID控制器的比例系数中，将多个第二更新量的平均值或多个第四更新量的平均值作为预设的PID控制器的积分时间的更新量，叠加至预设的PID控制器的积分时间中，这样就实现了对预设的PID控制器的控制参数进行更新。这里，采样数据点总数为设定时间段内按照预设时间间隔对差值轨迹进行采样得到的多个数据点，由于第二机械臂的各个轴是按照控制周期进行控制的，所以这里的预设时间间隔即为控制周期，采样得到的每个数据点对应一个控制周期。在上述多个数据点中，对应的差值轨迹不为零的数据点即为目标数据点。
第二种情况，如果目标数据点的个数与采样数据点总数的比值小于等于第一设定阈值，则表明目标数据点个数较少，仅需单独对每个目标数据点对应的PID控制器的控制参数进行更新即可。此时，对任一目标数据点，可以将该目标数据点对应的第一更新量或第三更新量作为预设的PID控制器的比例系数的更新量，叠加至预设的PID控制器的比例系数中，得到该目标数据点所在控制周期的比例系数；将每个目标数据点对应的第二更新量或第四更新量作为预设的PID控制器的积分时间的更新量，叠加至预设的PID控制器的积分时间中，得到该目标数据点所在控制周期的积分时间，这样就实现了对每个目标数据点对应的PID控制器的控制参数的更新。
同样的，在基于每个目标数据点对应的调整量对目标控制量进行补偿时，根据目标数据点个数的不同，目标控制量的补偿过程也分为两种情况。具体的，如果目标数据点的个数与采样数据点总数的比值大于第一设定阈值，则将多个目标数据点对应的调整量的平均值作为对目标控制量进行补偿时的补偿量，将补偿量叠加至目标控制量中，得到最终的目标控制量；如果目标数据点的个数与采样数据点总数的比值小于等于第一设定阈值，则仅需对多个目标数据点对应的目标控制量进行补偿即可，此时可以基于每个目标数据点对应的调整量计算对应的补偿量，对任一目标数据点，将该目标数据点对应的补偿量叠加至对应的目标控制量中，实现对该任一目标数据点对应的目标控制量的补偿。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要灵活设计第一设定阈值的具体取值，例如5%、10%等等，这里不做限定。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
响应于第一坐标误差大于第一预设误差，对第一坐标和第二坐标之间的坐标进行线性插值，得到多个插值坐标；
计算第二坐标相对于每个插值坐标的第二坐标误差，将第一坐标误差依次更新为每个插值坐标的第二坐标误差。
在本实施例中，由于第二机械臂对第一机械臂的轨迹跟踪存在滞后，如果人工拖动第一机械臂的动作太快，会造成第一坐标误差太大、基于第一坐标误差得到的目标控制量变化太大，容易造成第二机械臂的振动。为实现第二机械臂的平滑控制，本实施例设置了第一预设误差，当第一坐标误差大于第一预设误差时，对第一坐标和第二坐标之间的坐标进行线性插值，得到多个插值坐标，按照从第二坐标到第一坐标的顺序，依次计算第二坐标与多个插值坐标之间的第二坐标误差，依次基于每个第二坐标误差计算目标控制量，使第二坐标逐步靠近第一坐标，避免了第一坐标误差太大造成的目标控制量变化太大，从而避免了第二机械臂的振动。
在本公开的一种实施例中，若第一坐标误差为每个插值坐标的第二坐标误差，则将第一坐标误差输入至预设的PID控制器中，得到对应的目标控制量，包括：
将每个插值坐标的第二坐标误差依次输入至预设的PID控制器中，得到多个对应的目标控制量；
基于目标控制量对第二机械臂进行控制，包括：
基于多个对应的目标控制量依次对第二机械臂进行控制。
在本实施例中，按照从第二坐标到第一坐标的顺序，依次计算第二坐标与多个插值坐标之间的第二坐标误差，并将多个第二坐标误差依次输入PID控制器中，得到多个目标控制量。按照PID控制器每次输出的目标控制量对第二机械臂进行控制，能够实现第二坐标逐步靠近第一坐标，从而实现第二机械臂的平滑控制。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
响应于外部触发的参数修改信号，基于用户输入的控制参数调整预设的PID控制器当前使用的控制参数。
在本实施例中，用户也可以选择直接输入新的比例系数、和/或新的积分时间、和/或新的微分时间，作为预设的PID控制器当前使用的控制参数，对第二机械臂进行控制。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
响应于外部触发的参数保存信号，将第一坐标轨迹在进行轨迹跟踪时PID控制器所采用的控制参数设置为对应于第一坐标轨迹的预设控制参数。
在本实施例中，在进行不同轨迹的跟踪控制时，可以通过外部输入偏好信息、外部输入参数修改信号的方式，对预设的PID控制器的控制参数进行调整，以得到最优的控制效果。因此，在保存第一坐标轨迹时，可以将对应的PID控制参数一起保存，这样，当用户选定了某一个第一坐标轨迹时，可以按照对应的预设控制参数进行控制，避免了反复调整参数的麻烦。
在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制方法还包括：
响应于外部触发的启动信号，基于预先选定的工作模式以及预先选定的第一坐标轨迹控制第二机械臂运行。
在本实施例中，第二机械臂可以有多种工作模式，以适用多种工作场合的需要。多种工作模式包括单次回放、循环回放动作、跟踪动作等。其中，单次回放用于单个工序中，执行单个工序的动作，单个工序可以是单独的搬运、打磨等动作。循环回放动作用于多个相互配合的工序中，顺序执行各工序的动作，例如，依次执行放料、输送、取料等动作。跟踪动作用于在接收到外部触发的轨迹跟踪信号后，控制第二机械臂跟随第一机械臂的角度变化。
在每种工作模式下，针对不同的领域，可以从预先录制的多个第一坐标轨迹中选择适合的轨迹，以控制第二机械臂按照适合的轨迹运行。
对应于上文实施例的多轴机械臂控制方法，图2为本公开一实施例提供的多轴机械臂控制装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本公开实施例相关的部分。参考图2，该多轴机械臂控制装置20包括：坐标获取模块21、指令计算模块22和指令输出模块23。
其中，坐标获取模块21用于响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定第二坐标相对于第一坐标的第一坐标误差。
指令计算模块22用于基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量。
指令输出模块23用于基于目标控制量对第二机械臂进行控制以使第二机械臂跟随第一机械臂的坐标变化。
在本公开的一种实施例中，指令计算模块22具体用于：
响应于第一偏好度大于第二偏好度，基于第一偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第二控制参数，将第二控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。第一偏好比例为第一偏好度和第二偏好度的比值。
响应于第一偏好度小于第二偏好度，基于第二偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第三控制参数，将第三控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。第二偏好比例为第二偏好度和第一偏好度的比值。
响应于第一偏好度等于第二偏好度，将预设的第一控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数。
参考图3，在本公开的一种实施例中，多轴机械臂控制装置20还包括轨迹录制模块24，用于：
响应于外部触发的轨迹录制信号，将第一机械臂在最新动作周期内的多个第一坐标按照时序排列得到第一坐标轨迹，存储第一坐标轨迹。
在本公开的一种实施例中，轨迹录制模块24还用于：
响应于外部触发的控制优化信号，将第二机械臂在最新动作周期内的多个第二坐标按照时序排列得到第二坐标轨迹。
将第一坐标轨迹和第二坐标轨迹进行对齐处理，计算对齐处理后的第一坐标轨迹和第二坐标轨迹的差值轨迹。
基于差值轨迹对预设的控制器的控制参数进行更新或者基于差值轨迹对目标控制量进行补偿。
在本公开的一种实施例中，轨迹录制模块24还用于：
通过第一方法计算每个目标数据点对应的调整量。目标数据点为差值轨迹上任一不为零的数据点，调整量为预设的PID控制器的控制参数的更新量或者对目标控制量进行补偿时的补偿量。
基于每个目标数据点对应的调整量对预设的PID控制器的控制参数进行更新或者对目标控制量进行补偿。
其中，第一方法包括：
对于每个目标数据点（x，y），若x时刻对应的第二机械臂的受力参数在预设的受力参数范围内，则基于y值的大小以及正负计算预设的PID控制器的控制参数的更新量。
若x时刻对应的第二机械臂的受力参数未在预设的受力参数范围内，则基于第二机械臂的受力参数以及预设的受力参数范围计算对目标控制量进行补偿时的补偿量。
在本公开的一种实施例中，指令计算模块22还用于：
响应于第一坐标误差大于第一预设误差，对第一坐标和第二坐标之间的坐标进行线性插值，得到多个插值坐标。
计算第二坐标相对于每个插值坐标的第二坐标误差，将第一坐标误差依次更新为每个插值坐标的第二坐标误差。
在本公开的一种实施例中，指令计算模块22还用于：
将每个插值坐标的第二坐标误差依次输入至预设的PID控制器中，得到多个对应的目标控制量。
基于目标控制量对第二机械臂进行控制，包括：
基于多个对应的目标控制量依次对第二机械臂进行控制。
为本公开一实施例提供的主从控制系统包括运动控制器以及多组机械臂，每组机械臂都包含第一机械臂和第二机械臂。参见图4，图4为本公开一实施例提供的运动控制器的示意框图。如图4所示的本实施例中的运动控制器300可以包括：一个或多个处理器301、一个或多个输入设备302、一个或多个输出设备303及一个或多个存储器304。上述处理器301、输入设备302、输出设备303及存储器304通过通信总线305完成相互间的通信。存储器304用于存储计算机程序，计算机程序包括程序指令。处理器301用于执行存储器304存储的程序指令。其中，处理器301被配置用于调用程序指令执行上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块21至23的功能。
应当理解，在本公开实施例中，所称处理器301可以是中央处理单元 (CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备302可以包括触控板、指纹采传感器（用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息）、麦克风等，输出设备303可以包括显示器（LCD等）、扬声器等。
该存储器304可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器301 提供指令和数据。存储器304的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器304还可以存储设备类型的信息。
具体实现中，本公开实施例中所描述的处理器301、输入设备302、输出设备303可执行本公开实施例提供的多轴机械臂控制方法的第一实施例和第二实施例中所描述的实现方式，也可执行本公开实施例所描述的运动控制器的实现方式，在此不再赘述。
在本公开的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令被处理器执行时实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的运动控制器的内部存储单元，例如运动控制器的硬盘或内存。计算机可读存储介质也可以是运动控制器的外部存储设备，例如运动控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，计算机可读存储介质还可以既包括运动控制器的内部存储单元也包括外部存储设备。计算机可读存储介质用于存储计算机程序及运动控制器所需的其他程序和数据。计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的运动控制器和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的运动控制器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本公开实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种多轴机械臂控制方法，其特征在于，包括：
响应于外部触发的轨迹跟踪信号，获取第一机械臂的第一坐标和第二机械臂的第二坐标，确定所述第二坐标相对于所述第一坐标的第一坐标误差；
基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量；
基于所述目标控制量对所述第二机械臂进行控制以使所述第二机械臂跟随所述第一机械臂的坐标变化；
所述偏好信息包含控制速度对应的第一偏好度和控制精度对应的第二偏好度，所述基于外部输入的偏好信息确定预设的PID控制器的控制参数，包括：
响应于所述第一偏好度大于所述第二偏好度，基于第一偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第二控制参数，将所述第二控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数；所述第一偏好比例为第一偏好度和第二偏好度的比值；
响应于所述第一偏好度小于所述第二偏好度，基于第二偏好比例对预设的第一控制参数进行调整，得到第三控制参数，将所述第三控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数；所述第二偏好比例为所述第二偏好度和所述第一偏好度的比值；
响应于所述第一偏好度等于所述第二偏好度，将预设的第一控制参数确定为预设的PID控制器的控制参数；
还包括：
响应于外部触发的轨迹录制信号，将所述第一机械臂在最新动作周期内的多个第一坐标按照时序排列得到第一坐标轨迹，存储所述第一坐标轨迹；
响应于外部触发的控制优化信号，将所述第二机械臂在最新动作周期内的多个第二坐标按照时序排列得到第二坐标轨迹；
将所述第一坐标轨迹和所述第二坐标轨迹进行对齐处理，计算对齐处理后的所述第一坐标轨迹和所述第二坐标轨迹的差值轨迹；
基于所述差值轨迹对预设的PID控制器的控制参数进行更新或者基于所述差值轨迹对所述目标控制量进行补偿。
2.如权利要求1所述的多轴机械臂控制方法，其特征在于，所述基于所述差值轨迹对预设的PID控制器的控制参数进行更新或者基于所述差值轨迹对所述目标控制量进行补偿，包括：
通过第一方法计算每个目标数据点对应的调整量；所述目标数据点为所述差值轨迹上任一不为零的数据点，所述调整量为所述预设的PID控制器的控制参数的更新量或者对所述目标控制量进行补偿时的补偿量；
基于每个目标数据点对应的调整量对预设的PID控制器的控制参数进行更新或者对所述目标控制量进行补偿；
其中，所述第一方法包括：
对于每个目标数据点（x，y），若x时刻对应的所述第二机械臂的受力参数在预设的受力参数范围内，则基于y值的大小以及正负计算所述预设的PID控制器的控制参数的更新量；
若x时刻对应的所述第二机械臂的受力参数未在预设的受力参数范围内，则基于所述第二机械臂的受力参数以及预设的受力参数范围计算对所述目标控制量进行补偿时的补偿量。
3.如权利要求1所述的多轴机械臂控制方法，其特征在于，还包括：
响应于所述第一坐标误差大于第一预设误差，对所述第一坐标和第二坐标之间的坐标进行线性插值，得到多个插值坐标；
计算所述第二坐标相对于每个插值坐标的第二坐标误差，将第一坐标误差依次更新为所述每个插值坐标的第二坐标误差。
4.如权利要求3所述的多轴机械臂控制方法，其特征在于，若所述第一坐标误差为每个插值坐标的第二坐标误差，则将第一坐标误差输入至确定控制参数的PID控制器中，得到对应的目标控制量，包括：
将每个插值坐标的第二坐标误差依次输入至预设的PID控制器中，得到多个对应的目标控制量；
基于所述目标控制量对所述第二机械臂进行控制，包括：
基于多个对应的目标控制量依次对所述第二机械臂进行控制。
5.一种主从控制系统，其特征在于，包括：
运动控制器以及多组机械臂；
每组机械臂都包含第一机械臂和第二机械臂；
所述运动控制器中存储有计算机程序，所述运动控制器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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