CN117773954A - 一种机器人关节模组运动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人控制领域，涉及数据分析技术，用于解决现有技术中的机器人关节模组运动控制系统，无法对机器人关节的控制精度进行校验分析的问题，具体是一种机器人关节模组运动控制系统及方法，包括运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块；运动控制模块用于对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，为控制对象i分配验证信息YZi；运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制；本发明可以对机器人关节模组进行运动控制，为机器人关节模组中的每个关节轴分配对应的验证信息，验证信息在控制完成后根据控制信息自动进行更新，从而为精度监测分析过程提供数据支撑。

Description

一种机器人关节模组运动控制系统及方法

技术领域

本发明属于机器人控制领域，涉及数据分析技术，具体是一种机器人关节模组运动控制系统及方法。

背景技术

工业机器人的控制方式目前市场上使用最多的机器人当属工业机器人，也是最成熟完善的一种机器人，而工业机器人能得到广泛应用，得益于它拥有多种控制方式，按作业任务的不同，可主要分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四种控制方式。

现有技术中的机器人关节模组运动控制系统无法在控制过程执行完成之后，对机器人关节的控制精度进行校验分析，从而导致机器人关节模组的控制精度无法得到保障，也无法根据精度校验数据对控制系统进行优化分析。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人关节模组运动控制系统及方法，用于解决现有技术中的机器人关节模组运动控制系统无法对机器人关节的控制精度进行校验分析的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以对机器人关节的控制精度进行校验分析的机器人关节模组运动控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种机器人关节模组运动控制系统及方法，包括运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块，所述运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块依次进行通信连接；

所述运动控制模块用于对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi；运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制，控制信息i包括控制关节轴编号、控制位置以及控制速度；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；

所述精度监测模块用于在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到控制过程的精度系数JD；通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；

所述优化分析模块用于对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，对优化周期内所有控制过程的精度系数JD进行求和取平均值得到精度表现值，由优化周期内所有控制过程的精度系数JD构成精度集合，对精度集合进行方差计算得到控制稳定值，将精度表现值、控制稳定值分别与预设的精度表现阈值、控制稳定阈值进行比较并通过比较结果对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。

作为本发明的一种优选实施方式，验证信息YZi包括位置信息WZi与角度信息JDi，位置信息YZi的分配过程包括：将控制对象i与后一控制对象i+1的连接节点标记为第一标记点，将控制对象1与控制对象2的关节连接点标记为第二标记点，将第一标记点与第二标记点的距离值标记为控制对象i的位置信息i；角度信息i为控制对象i与控制对象1在同一平面形成的夹角角度值。

作为本发明的一种优选实施方式，控制过程的精度系数JD的获取过程包括：测算控制对象i实际的位置信息与角度信息并分别标记为实际位置值与实际角度值，调取控制对象i更新后的验证信息i并将其中的验证位置值与验证角度值，将实际位置值与验证位置值差值的绝对值标记为位置偏差值WP，将实际角度值与验证角度值差值的绝对值标记为角度偏差值JP；通过对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到控制过程的精度系数JD。

作为本发明的一种优选实施方式，对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定的具体过程包括：将控制过程的精度系数JD与预设的精度阈值JDmax进行比较：若精度系数JD小于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度满足要求；若精度系数JD大于等于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度不满足要求，生成控制异常信号并将控制异常信号发送至管理人员的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，将精度表现值、控制稳定值分别与预设的精度表现阈值、控制稳定阈值进行比较的具体过程包括：若精度表现值小于精度表现阈值且控制稳定值小于控制稳定阈值，则判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度满足要求；否则，判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度不满足要求，将控制精度不满足要求的控制过程对应的关节周编号出现次数标记为对应控制对象i的异常值，由所有控制对象i的异常值构成异常集合，对异常集合进行方差计算得到异常集中值，将异常集中值与预设的异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中值，则生成整体优化信号并将整体优化信号发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中阈值，则对异常集合进行集中分析。

作为本发明的一种优选实施方式，对异常集合进行集中分析的具体过程包括：将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，然后重新计算异常集合的异常集中值，再次将异常集中值与异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中阈值，则将剔除的异常值对应的控制对象i标记为优化对象，将优化对象发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中值，则将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，以此类推，直至异常集中值小于异常集中阈值。

一种机器人关节模组运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi，运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；

步骤二：在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到位置偏差值WP与角度偏差值JP，对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到精度系数JD，通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；

步骤三：对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，获取优化周期的精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。

本发明具备下述有益效果：

1、通过运动控制模块可以对机器人关节模组进行运动控制，为机器人关节模组中的每个关节轴分配对应的验证信息，验证信息在控制完成后根据控制信息自动进行更新，从而为精度监测分析过程提供数据支撑，根据模拟位置与实际位置的偏差程度进行精度校验；

2、通过精度监测模块可以在控制对象控制完成后对其进行控制精度监测分析，对控制对象的实际位置与验证信息的偏差程度进行分析与计算得到精度系数，从而通过精度系数对关节轴的控制精度进行评估，在控制过程的控制精度不合格时及时进行预警；

3、通过优化分析模块可以对机器人关节模组的控制精度进行优化分析，对优化周期内的所有精度系数进行数值计算得到精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值可以对优化周期内的整体控制精度进行评估，同时在控制精度异常时进行优化决策分析，提高机器人关节模组控制精度的优化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明实施例一的系统框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种机器人关节模组运动控制系统，包括运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块，运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块依次进行通信连接。

运动控制模块用于对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi，验证信息YZi包括位置信息WZi与角度信息JDi，位置信息YZi的分配过程包括：将控制对象i与后一控制对象i+1的连接节点标记为第一标记点，将控制对象1与控制对象2的关节连接点标记为第二标记点，将第一标记点与第二标记点的距离值标记为控制对象i的位置信息i；角度信息i为控制对象i与控制对象1在同一平面形成的夹角角度值；运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制，控制信息i包括控制关节轴编号、控制位置以及控制速度；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；对机器人关节模组进行运动控制，为机器人关节模组中的每个关节轴分配对应的验证信息，验证信息在控制完成后根据控制信息自动进行更新，从而为精度监测分析过程提供数据支撑，根据模拟位置与实际位置的偏差程度进行精度校验。

精度监测模块用于在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析：测算控制对象i实际的位置信息与角度信息并分别标记为实际位置值与实际角度值，调取控制对象i更新后的验证信息i并将其中的验证位置值与验证角度值，将实际位置值与验证位置值差值的绝对值标记为位置偏差值WP，将实际角度值与验证角度值差值的绝对值标记为角度偏差值JP；通过公式JD=α1*WP+α2*JP得到控制过程的精度系数JD，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1；将控制过程的精度系数JD与预设的精度阈值JDmax进行比较：若精度系数JD小于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度满足要求；若精度系数JD大于等于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度不满足要求，生成控制异常信号并将控制异常信号发送至管理人员的手机终端；在控制对象控制完成后对其进行控制精度监测分析，对控制对象的实际位置与验证信息的偏差程度进行分析与计算得到精度系数，从而通过精度系数对关节轴的控制精度进行评估，在控制过程的控制精度不合格时及时进行预警。

优化分析模块用于对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，对优化周期内所有控制过程的精度系数JD进行求和取平均值得到精度表现值，由优化周期内所有控制过程的精度系数JD构成精度集合，对精度集合进行方差计算得到控制稳定值，将精度表现值、控制稳定值分别与预设的精度表现阈值、控制稳定阈值进行比较：若精度表现值小于精度表现阈值且控制稳定值小于控制稳定阈值，则判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度满足要求；否则，判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度不满足要求，将控制精度不满足要求的控制过程对应的关节周编号出现次数标记为对应控制对象i的异常值，由所有控制对象i的异常值构成异常集合，对异常集合进行方差计算得到异常集中值，将异常集中值与预设的异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中值，则生成整体优化信号并将整体优化信号发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中阈值，则对异常集合进行集中分析：将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，然后重新计算异常集合的异常集中值，再次将异常集中值与异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中阈值，则将剔除的异常值对应的控制对象i标记为优化对象，将优化对象发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中值，则将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，以此类推，直至异常集中值小于异常集中阈值；对机器人关节模组的控制精度进行优化分析，对优化周期内的所有精度系数进行数值计算得到精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值可以对优化周期内的整体控制精度进行评估，同时在控制精度异常时进行优化决策分析，提高机器人关节模组控制精度的优化效率。

实施例二

如图2所示，一种机器人关节模组运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi，运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；

步骤二：在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到位置偏差值WP与角度偏差值JP，对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到精度系数JD，通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；

步骤三：对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，获取优化周期的精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。

一种机器人关节模组运动控制系统及方法，工作时，将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi，运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到位置偏差值WP与角度偏差值JP，对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到精度系数JD，通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；生成优化周期，获取优化周期的精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式JD=α1*WP+α2*JP；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的精度系数；将设定的精度系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1以及α2的取值分别为2.63和2.01；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的精度系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如精度系数与位置偏差值的数值成正比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，包括运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块，所述运动控制模块、精度监测模块以及优化分析模块依次进行通信连接；

所述运动控制模块用于对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi；运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制，控制信息i包括控制关节轴编号、控制位置以及控制速度；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；

所述精度监测模块用于在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到控制过程的精度系数JD；通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；

所述优化分析模块用于对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，对优化周期内所有控制过程的精度系数JD进行求和取平均值得到精度表现值，由优化周期内所有控制过程的精度系数JD构成精度集合，对精度集合进行方差计算得到控制稳定值，将精度表现值、控制稳定值分别与预设的精度表现阈值、控制稳定阈值进行比较并通过比较结果对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。

2.根据权利要求1所述的一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，验证信息YZi包括位置信息WZi与角度信息JDi，位置信息YZi的分配过程包括：将控制对象i与后一控制对象i+1的连接节点标记为第一标记点，将控制对象1与控制对象2的关节连接点标记为第二标记点，将第一标记点与第二标记点的距离值标记为控制对象i的位置信息i；角度信息i为控制对象i与控制对象1在同一平面形成的夹角角度值。

3.根据权利要求2所述的一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，控制过程的精度系数JD的获取过程包括：测算控制对象i实际的位置信息与角度信息并分别标记为实际位置值与实际角度值，调取控制对象i更新后的验证信息i并将其中的验证位置值与验证角度值，将实际位置值与验证位置值差值的绝对值标记为位置偏差值WP，将实际角度值与验证角度值差值的绝对值标记为角度偏差值JP；通过对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到控制过程的精度系数JD。

4.根据权利要求3所述的一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定的具体过程包括：将控制过程的精度系数JD与预设的精度阈值JDmax进行比较：若精度系数JD小于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度满足要求；若精度系数JD大于等于精度阈值JDmax，则判定控制过程的控制精度不满足要求，生成控制异常信号并将控制异常信号发送至管理人员的手机终端。

5.根据权利要求4所述的一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，将精度表现值、控制稳定值分别与预设的精度表现阈值、控制稳定阈值进行比较的具体过程包括：若精度表现值小于精度表现阈值且控制稳定值小于控制稳定阈值，则判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度满足要求；否则，判定机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度不满足要求，将控制精度不满足要求的控制过程对应的关节周编号出现次数标记为对应控制对象i的异常值，由所有控制对象i的异常值构成异常集合，对异常集合进行方差计算得到异常集中值，将异常集中值与预设的异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中值，则生成整体优化信号并将整体优化信号发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中阈值，则对异常集合进行集中分析。

6.根据权利要求5所述的一种机器人关节模组运动控制系统，其特征在于，对异常集合进行集中分析的具体过程包括：将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，然后重新计算异常集合的异常集中值，再次将异常集中值与异常集中阈值进行比较：若异常集中值小于异常集中阈值，则将剔除的异常值对应的控制对象i标记为优化对象，将优化对象发送至管理人员的手机终端；若异常集中值大于等于异常集中值，则将异常集合中数值最大的异常值进行剔除，以此类推，直至异常集中值小于异常集中阈值。

7.一种机器人关节模组运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对机器人关节模组进行运动控制：将机器人关节模组中的关节轴标记为控制对象i，i=1，2，…，n，n为正整数，为控制对象i分配验证信息YZi，运动控制模块接收到控制信息i后，按照控制信息i对控制对象i进行控制；控制信息i执行完成后，结合原始的验证信息i与控制信息i对控制对象的验证信息i进行更新；

步骤二：在控制对象i控制完成后对其进行控制精度监测分析并得到位置偏差值WP与角度偏差值JP，对位置偏差值WP与角度偏差值JP进行数值计算得到精度系数JD，通过精度系数JD对控制过程的控制精度是否满足要求进行判定；

步骤三：对机器人关节模组的控制精度进行优化分析：生成优化周期，获取优化周期的精度表现值与控制稳定值，通过精度表现值与控制稳定值对机器人关节模组在优化周期内的整体控制精度是否满足要求进行判定。