一种机器人关节位置控制方法、装置和机器人制造方法及图纸

本发明专利技术涉及机器人关节控制技术领域，提供一种机器人关节位置控制方法、装置和机器人，其方法包括：当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；根据期望伺服控制量控制机器人关节从当前位姿点运动至期望位姿点，将当前力测量值和当前力参考作为期望伺服控制量的计算参数，能够提升期望伺服控制量的精确度，从而提升控制机器人关节运动期望伺服控制量的精确性，实现以期望位姿点校正当前位姿点，克服了机器人关节按照运动轨迹改变位置过程中容易出现偏差。

A Robot Joint Position Control Method, Device and Robot

【技术实现步骤摘要】
一种机器人关节位置控制方法、装置和机器人
本专利技术涉及机器人关节控制
，尤其涉及一种机器人关节位置控制方法、装置和机器人。
技术介绍
随着机器人技术发展，机器人已经广泛应用于打磨、抛光和清洗等诸多工件加工，为了提高工件加工质量和减低机器人使用难度，机器人自适应柔性控制机器人关节位姿，通过机器人关节带动加工工具改变位置，使得加工工具柔性加工工件对提高工件加工质量和降低机器人使用难度至关重要。相关技术中，机器人关节位姿自适应控制方法为：3D相机采集工件点云图像，机器人基于工件三维点云图像规划运动轨迹、基于将运动轨迹中的路径点求解伺服控制量以及控制机器人关节运动伺服控制量，实现机器人关节按照运动轨迹改变位置。但是，在机器人关节按照运动轨迹改变位置过程中，机器人关节会受到与其固定连接的加工工具施加的压力、重力等力作用，导致机器人关节出现位置偏差，从而降低了工件加工质量和提高了机器人使用难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中机器人关节按照运动轨迹改变位置过程中容易出现位置偏差的不足，提供一种机器人关节位置控制方法、装置和机器人。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：依据本专利技术的第一方面，提供了一种机器人关节位置控制方法，包括：当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取所述机器人关节在所述当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；根据所述期望伺服控制量控制所述机器人关节从所述当前位姿点运动至期望位姿点。依据本专利技术的第二方面，提供了一种机器人关节位置控制装置，包括：获取模块，用于当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取所述机器人关节在所述当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；计算模块，用于根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；控制模块，用于根据所述期望伺服控制量控制所述机器人关节从所述当前位姿点运动至期望位姿点。依据本专利技术的第三方面，提供一种机器人，包括：力处理器，用于当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取所述机器人关节在所述当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；机器人关节伺服控制器，用于根据所述期望伺服控制量控制所述机器人关节从所述当前位姿点运动至期望位姿点。本专利技术提供的机器人关节位置控制方法、装置和机器人的有益效果是：将当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数共同作为计算参数计算出期望伺服控制量，保证了期望伺服控制量的精确度，有助于精确控制机器人关节从当前位姿点运动期望伺服控制量，实现驱动机器人关节从当前位姿点校正到期望位姿点，在机器人关节按照运动轨迹改变位置过程中，能够减少因力作用引起机器人关节出现位置偏差，既能够提高机器人关节按照运动轨迹改变位置的准确性，又有助于提高工件加工质量和降低机器人使用难度，适用于加工不同种类的工件。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种机器人关节位置控制方法的流程示意图；图2a为本专利技术实施例提供的在机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点过程中的力波动的示意图；图2b为本专利技术实施例提供的在机器人关节从当前位姿点校正到期望位姿点后的力波动的示意图；图3a为本专利技术实施例提供的一种机器人关节位置控制装置的结构示意图；图3b为本专利技术实施例提供的另一种机器人关节位置控制装置的结构示意图；图3c为本专利技术实施例提供的另一种机器人关节位置控制装置的结构示意图；图4a为本专利技术实施例提供的机器人的结构示意图；图4b为对应于图3a中的机器人的电路示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例一如图1所示，本专利技术实施例的一种机器人关节位置控制方法置的流程示意图，该方法包括：当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取机器人关节在当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；根据期望伺服控制量控制机器人关节从当前位姿点运动至期望位姿点。在一些具体实例中，当前力参考值预先存入力处理器，当机器人关节运动至当前位姿点时，力传感器采集当前力测量值；机器人关节编码器采集当前位姿点的角位移，基于正运动学方程对角位移进行求解，得到当前位姿信息；力处理器分别获取力传感器输入的当前力测量值和机器人关节编码器输入的当前位姿信息，且以矩阵形式将当前位姿信息存储为一个位姿矩阵，以及读取机器人关节伺服控制器中的当前伺服控制参数。力处理器将当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数共同作为计算参数计算出期望伺服控制量，保证了期望伺服控制量的精确度，将期望伺服控制量输入机器人关节伺服控制器，通过机器人关节伺服控制器可以精确控制机器人关节从当前位姿点运动期望伺服控制量，实现驱动机器人关节从当前位姿点校正到期望位姿点，在机器人关节按照运动轨迹改变位置过程中，减少了因力作用引起机器人关节位置偏差，既能够提高机器人关节按照运动轨迹改变位置的准确性，又有助于提高工件加工质量和降低机器人使用难度。作为可选的实施方式，获取当前插补位姿矩阵，具体包括：将机器人关节运动至当前位姿点的时刻确定为当前运动时刻；从预设参考轨迹中查找与当前运动时刻对应的当前参考位姿矩阵以及与当前参考位姿矩阵相邻的后一个参考位姿矩阵；从设定时段中确定在当前运动时刻之后的后一运动时刻，以及确定在当前运动时刻和后一运动时刻之间的中间时刻；计算中间时刻与当前运动时刻之间的时间差；基于线性插补模型对当前参考位姿矩阵、后一个参考位姿矩阵、设定时段的时长和时间差进行线性计算，得到当前插补位姿矩阵。设定时段是以当前运动时刻和后一运动时刻为参数表示，且用以指示机器人关节从当前位姿点运动至后一个参考位姿矩阵表示的后一个位姿点的时段。在一些具体实例中，在机器人关节带动加工工具加工工具之前，通过机器人关节编码器检测机器人关节从当前位姿点运动至后一位姿点的时长；在机器人关节从当前位姿点运动至期望位姿点过程中，力处理器根据该时长和当前运动时刻反解出后一运动时刻，以当前运动时刻为起始时刻且以后一运动时刻为终止时刻来表示设定时段，从设定时段中可以选定逼近当前运动时刻的中间时刻，例如：当前运动时刻为“2018-04-2918:31:38:41”、中间时刻为“2018-04-2918:31:39:100”以及后一运动时刻为“2018-04-2918:31:40”。作为可选的实施方式，预设参考轨迹以位姿点序列表示，位姿点序列具体为：T＝{T(t1)T(t2)T(t3).....T(ti+1)}其中，T(ti+1)表示位姿点序列T中与第i+1个运动时刻所对应的参考位姿矩阵。线性插补模型具体为：其中，tn表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人关节位置控制方法，其特征在于，包括：当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取所述机器人关节在所述当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；根据所述期望伺服控制量控制所述机器人关节从所述当前位姿点运动至期望位姿点。

【技术特征摘要】
1.一种机器人关节位置控制方法，其特征在于，包括：当机器人关节沿着预设参考轨迹运动至当前位姿点时，分别获取所述机器人关节在所述当前位姿点处的当前力测量值、当前力参考值、当前插补位姿矩阵和当前伺服控制参数；根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量；根据所述期望伺服控制量控制所述机器人关节从所述当前位姿点运动至期望位姿点。2.根据权利要求1所述的机器人关节位置控制方法，其特征在于，获取所述当前插补位姿矩阵，具体包括：将所述机器人关节运动至所述当前位姿点的时刻确定为当前运动时刻；从所述预设参考轨迹中查找与所述当前运动时刻对应的当前参考位姿矩阵以及与所述当前参考位姿矩阵相邻的后一个参考位姿矩阵；从设定时段中确定在所述当前运动时刻之后的后一运动时刻，以及确定在所述当前运动时刻和所述后一运动时刻之间的中间时刻，其中，所述设定时段是以所述当前运动时刻和所述后一运动时刻为参数表示，且用以指示所述机器人关节从所述当前位姿点运动至所述后一个参考位姿矩阵表示的后一个位姿点的时段；计算所述中间时刻与所述当前运动时刻之间的时间差；基于线性插补模型对所述当前参考位姿矩阵、所述后一个参考位姿矩阵、所述设定时段的时长和所述时间差进行线性计算，得到所述当前插补位姿矩阵。3.根据权利要求2所述的机器人关节位置控制方法，其特征在于，所述预设参考轨迹以位姿点序列表示，所述位姿点序列具体为：T＝{T(t1)T(t2)T(t3).....T(ti+1)}其中，T(ti+1)表示所述位姿点序列T中与第i+1个运动时刻所对应的参考位姿矩阵；所述线性插补模型具体为：其中，tn表示所述当前运动时刻，tn+1表示以所述当前运动时刻tn为起点的所述后一运动时刻，tm表示以所述当前运动时刻tn为起点的所述中间时刻，T(tm)表示与所述中间时刻tm所对应的所述当前插补位姿矩阵，T(tn)表示与所述当前运动时刻tn所对应的所述当前参考位姿矩阵，T(tn+1)表示与所述后一运动时刻tn+1所对应的所述后一个参考位姿矩阵，1＜n＜i。4.根据权利要求3所述的机器人关节位置控制方法，其特征在于，根据所述当前力测量值、所述当前力参考值、所述当前插补位姿矩阵和所述当前伺服控制参数计算出期望伺服控制量，具体包括：基于力估计模型对所述当前力测量值进行估算，得到力估计值；基于所述力估计值和所述当前力参考值计算力补偿量；基于所述力补偿量和所述当前插补位姿矩阵计算期望位姿矩阵；应用逆动力学模型对所述期望位姿矩阵进行求解，得到期望伺服控制参数；基于所述期望伺服控制参数和所述当前伺服控制参数计算所述期望伺服控制量。5.根据权利要求4所述的机器人关节位置控制方法，其特征在于，所述力估计模型具体为：其中，表示在接触点参考坐标系a中的所述力估计值，表示从所述接触点参考坐标系a转换到力测量参考坐标系b中的旋转变换矩阵，表示与所述接触点参考坐标系a的原点在所述力测量参考坐标系b的坐标所对应的反对称算子，03×3表示3行3列的零矩阵，表示从所述接触点参考坐标系a转换到所述力测量参考坐标系b中的所述当前力测量值，表示与所述机器人关节连接的工具的重心o在所述接触点参考坐标系a中的坐标，表示所述重心o在所述力测量参考坐标系b中的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼，闫琳，王志文，杨帆，艾胜，龙会才，付中涛，张敏，
申请(专利权)人：武汉库柏特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42