CN111452049B - 机器人运动的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人运动的控制方法及装置。该发明包括：通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。通过本发明，解决了相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体而言，涉及一种机器人运动的控制方法及装置。
背景技术
相关技术中，现代工业机器人作业时大都需要机器人与外部环境交互，比如机器人码垛搬运、打磨、装配等任务，此时对于力的感知与控制是我们必须关注和重视的问题。
大部分工业机器人控制器的力控制模式是通过提供力控附加包的形式，这种工作模式下，人工参与的部分较多，工作人员的工作强度较大，同时对机器人的控制效率较低。
针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种机器人运动的控制方法及装置，以解决相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机器人运动的控制方法。该发明包括：通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
进一步地，在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，该方法还包括：将第一接触力和第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，目标坐标系是机器人的工具坐标系。
进一步地，对传感器进行零点补偿操作，包括：获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩。
进一步地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩，包括：获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；依据第一接触力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩。
进一步地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，该方法还包括：将目标接触力和目标力矩发送至传感器数据映像区；采集传感器数据映像区内的目标接触力和目标力矩，并依据目标接触力和目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
进一步地，依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，包括：依据末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将控制指令写入指令缓冲区；通过插补器任务读取控制指令，并将位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；在开始下一个伺服周期时，将位姿控制量发送给伺服电机；通过伺服电机的带动控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种机器人运动的控制装置。该装置包括：采集单元，用于通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；补偿单元，用于对传感器进行零点补偿操作；第一计算单元，用于在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；控制单元，用于依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，程序执行上述的一种机器人运动的控制方法。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，程序运行时执行上述的一种机器人运动的控制方法。
通过本发明，采用以下步骤：通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，解决了相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题，进而达到了稳定控制机器人的效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的运动控制模块的示意图；
图3为本申请提供的力控计算将接触力/力矩计算转换成机器人位姿控制量的流程图；
图4为本申请提供的基于位置的阻抗控制算法的示意图；
图5是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制方法的示意图二；以及
图6是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制装置的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，以下对本发明实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
根据本发明的实施例，提供了一种机器人运动的控制方法。
图1是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制方法的流程图。如图1所示，该发明包括以下步骤：
步骤S101，通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩。
步骤S102，对传感器进行零点补偿操作。
步骤S103，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩。
步骤S104，依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
上述地，本申请中，在机器人的运动控制模块中增加了力控模式，通过力信息采集和力控计算力控模式下控制器***内实时任务的调度关系，稳定性和可靠性高，降低了人员的工作强度，提高了工作效率。
具体地，在机器人的各个末端操作器上设置有传感器，通过传感器采集机器人末端操作器与外部环境的接触力和产生的力矩，由于机器人在实际运行过程中，机器人的位姿不断发生变化，机器人末端操作器与安装在末端操作器下端的传感器的重力影响，传感器的零点会发生变化，因此为能更准确地得到机器人与外部环境的实际接触力，需要对传感器进行零点补偿，对传感器进行零点补偿后，再次获得更为精准的接触力和接触力产生的力矩，通过最终的接触力和产生的力矩对机器人的位姿进行控制和转换。
本发明实施例提供的一种机器人运动的控制方法，通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，解决了相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题，进而达到了稳定控制机器人的效果。
上述地，在本申请一个可选的实施例中，在机器人的运动模块中增加了一个力控模块作为子任务模块，此时运动控制模块就由4个实时任务组成，分别是力控任务模块、机器人语言解释器、插补运算器、运动控制管理，图2为运动控制模块的模型示意图，如图2所示。
可选地，在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，该方法还包括：将第一接触力和第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，目标坐标系是机器人的工具坐标系。
上述地，在本实施例中，先要对设置在机器人末端操作器的力传感器的通信参数进行初始化，力传感器大多都支持TCP/UDP通信，生成传感器指令，接收返回数据。传感器接收到的数据是基于传感器坐标系的，我们需要将其转换成机器人工具坐标系下的描述量，以方便力控计算。
具体地，传感器坐标系相对于工具坐标系的旋转矩阵可表示为，
其中α，β，βγ是传感器坐标系相对于工具坐标系的角描述。假设传感器坐标系下的第一接触力为Sf＝[fX fY fZ]T，则工具坐标系下的第一接触力可表示为
再假设工具坐标系相对于传感器坐标系的原点为TP＝[PX PY PZ]，Sm＝[mXmY mZ]是传感器坐标下的第一力矩，则工具坐标系下的第一力矩为
可选地，对传感器进行零点补偿操作，包括：获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩。
上述地，机器人在实际运行过程中，机器人位姿不断发生变化，传感器在自身和安装在其下方的重力影响，传感器零点会发生变化，因此为能更准确地得到机器人与外部环境的实际接触力，需要对传感器进行零点补偿。
具体地，假设传感器与末端操作器整体的重力为g，整体重心在工具坐标系的Z轴上，重心与坐标原点的距离为d，工具坐标系{T}相对于基坐标系{B}的旋转矩阵为
极坐标系的重力表示为BG＝[0 0 g]T,则工具坐标系下的重力为
传感器与末端操作器整体的重力在工具坐标系下产生的力矩为TM＝[-dGy dGx 0]T。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩，包括：获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；依据第一接触力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩。
具体地，传感器测的数据除传感器自身与末端操作器重力影响外，还受自身初始值影响，将机器人Home位置下传感器测得的力记为TFref，力矩记为TMref，重力在初始位置产生的力和力矩分别为TGHome、TMHome，则传感器初始值为TFinit＝TFref-TGHome，TMinit＝TMref-TMHome。所以传感器测得的目标接触力和目标力矩为TFc＝TFs-TFinit-TG，TMc＝TMs-TMinit-TM。
需要说明的是，即使机器人不运动，传感器自身也有一定数据的，数据可能是0也可不能不是0，并且在Home状态下，传感器和末端操作器在重力作用下也会产生力和力矩，上述的初始位置也即Home位置。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，该方法还包括：将目标接触力和目标力矩发送至传感器数据映像区；采集传感器数据映像区内的目标接触力和目标力矩，并依据目标接触力和目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
如图2所示，本实施例的力控模块如图2中左边圈出部分所示，主要由力信息采集和力控计算两个实时任务组成，力信息采集任务周期性采集力传感器的数据，并将采集到的数据传送到传感器数据映像区刷新，力控计算任务主要将力信息转换成机器人位姿控制量，并通过计算得到单点运动指令输入指令缓冲区。
上述地，力控计算将接触力/力矩计算转换成机器人位姿控制量，其流程如图3所示，力控手段有自适应控制、阻抗控制等，本申请基于位置的阻抗控制算法，其阻抗控制算法的示意框图如图4所示，其中，Fd：机器人期望六维接触力；F：机器人实际六维接触力；X：机器人当前位姿；Xc：位姿控制量。
如图1中所示，在力控模块中还包括传感器数据影响区，在计算得到目标接触力和目标力矩后，将采集得到的数据刷新至传感器数据映像区，通过传感器映像区内的数据生成用于控制机器人的控制量。
可选地，依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，包括：依据末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将控制指令写入指令缓冲区；通过插补器任务读取控制指令，并将位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；在开始下一个伺服周期时，将位姿控制量发送给伺服电机；通过伺服电机的带动控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
上述地，增加力控模块后，运动控制***任务调度优先级依次为：运动控制监控管理任务、伺服总线任务、软PLC任务、力信息采集任务、力控计算任务、插补器任务、CPU空闲。运行周期中，运动控制管理任务优先级最高，它先对控制器***中的每个任务进行检查，处理异常。力控模块在一个PLC任务周期中，伺服总线任务将伺服和IO数据刷新到内存映像区；软PLC进行输入采样和逻辑处理，发送请求插补计算命令给插补器任务并等待在PLC消息队列；力信息采集任务刷新接触力到传感器数据映像区，将力信息更新完成消息发送到力控计算任务；然后力控计算任务通过计算得到机器人位姿控制量，生成机器人指令写入指令缓冲区；之后插补器任务读取机器人指令，将机器人各轴角度控制量写入PC/PLC，并发送计算完成消息到PLC任务；最后PLC任务刷新各轴角度控制量到伺服映像区，伺服任务在下一个伺服周期中将控制量通过总线发送给伺服驱动器，实现了对机器人的运动控制，并通过控制量改变机器人的位姿。
图5是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制方法的示意图二。如图5所示，本实施例中，在工业机器人末端安装力矩传感器以获取机器人与外部环境的接触力，由于信息采集具有实时性和周期性，本文中将力信息采集任务周期设置为PLC的任务周期。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例还提供了一种机器人运动的控制装置，需要说明的是，本发明实施例的一种机器人运动的控制装置可以用于执行本发明实施例所提供的用于一种机器人运动的控制方法。以下对本发明实施例提供的一种机器人运动的控制装置进行介绍。
图6是根据本发明实施例提供的一种机器人运动的控制装置的示意图。如图6所示，该装置包括：采集单元601，用于通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；补偿单元602，用于对传感器进行零点补偿操作；第一计算单元603，用于在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；控制单元604，用于依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
本发明实施例提供的一种机器人运动的控制装置，通过采集单元601，用于通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；补偿单元602，用于对传感器进行零点补偿操作；第一计算单元603，用于在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；控制单元604，用于依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，解决了相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题，进而达到了稳定控制机器人的效果。
可选地，该装置还包括：转换单元，用于在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，将第一接触力和第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，目标坐标系是机器人的工具坐标系。
可选地，补偿单元602包括：第一获取子单元，用于获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；第一确定子单元，用于依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；第二确定子单元，用于依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩。
可选地，第一计算单元603包括：第二获取子单元，用于获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；第三获取子单元，用于获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；第一计算子单元，用于依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；第二计算子单元，用于依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；第三计算子单元，用于依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；第四计算子单元，用于依据第一接触力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩。
可选地，该装置还包括：发送单元，用于在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，将目标接触力和目标力矩发送至传感器数据映像区；第二计算单元，用于采集传感器数据映像区内的目标接触力和目标力矩，并依据目标接触力和目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
可选地，控制单元604包括：生成子单元，用于依据末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将控制指令写入指令缓冲区；传输子单元，用于通过插补器任务读取控制指令，并将位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；发送子单元，用于在开始下一个伺服周期时，将位姿控制量发送给伺服电机；转换子单元，用于通过伺服电机的带动控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
一种机器人运动的控制装置包括处理器和存储器，上述采集单元601等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来解决相关技术中机器人的力的感知与控制是通过提供力控附加包的形式实现的，导致机器人的工作效率不高的技术问题。
存储器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)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现一种机器人运动的控制方法。
本发明实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行一种机器人运动的控制方法。
本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
可选地，在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，该方法还包括：将第一接触力和第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，目标坐标系是机器人的工具坐标系。
可选地，对传感器进行零点补偿操作，包括：获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩，包括：获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；依据第一接触力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，该方法还包括：将目标接触力和目标力矩发送至传感器数据映像区；采集传感器数据映像区内的目标接触力和目标力矩，并依据目标接触力和目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
可选地，依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，包括：依据末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将控制指令写入指令缓冲区；通过插补器任务读取控制指令，并将位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；在开始下一个伺服周期时，将位姿控制量发送给伺服电机；通过伺服电机的带动控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本发明还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；对传感器进行零点补偿操作；在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩；依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
可选地，在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，该方法还包括：将第一接触力和第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，目标坐标系是机器人的工具坐标系。
可选地，对传感器进行零点补偿操作，包括：获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩，包括：获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；依据第一接触力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩。
可选地，在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，该方法还包括：将目标接触力和目标力矩发送至传感器数据映像区；采集传感器数据映像区内的目标接触力和目标力矩，并依据目标接触力和目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
可选地，依据目标接触力和目标力矩，控制末端操作器的位姿转换为目标位姿，包括：依据末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将控制指令写入指令缓冲区；通过插补器任务读取控制指令，并将位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；在开始下一个伺服周期时，将位姿控制量发送给伺服电机；通过伺服电机的带动控制末端操作器的位姿转换为目标位姿。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、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。
存储器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)。存储器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，本发明的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种机器人运动的控制方法，其特征在于，包括：
通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；
对所述传感器进行零点补偿操作；
在对所述传感器进行零点补偿操作后，依据所述第一接触力和所述第一力矩，计算所述末端操作器的目标接触力和目标力矩；
依据所述目标接触力和所述目标力矩，控制所述末端操作器的位姿转换为目标位姿；
在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后，所述方法还包括：将所述第一接触力和所述第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，所述目标坐标系是所述机器人的工具坐标系；
对所述传感器进行零点补偿操作，包括：获取第一重力和所述工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，所述第一重力为所述传感器与所述末端操作器整体的重力；依据所述第一重力和所述旋转矩阵，确定第二重力，其中，所述第二重力为基坐标系下的重力；依据所述旋转矩阵和所述第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，所述第三重力为所述传感器与所述末端操作器整体在所述工具坐标系下的重力，所述第二力矩为所述第三重力在所述工具坐标系下产生的力；
在对所述传感器进行零点补偿操作后，依据所述第一接触力和所述第一力矩，计算所述末端操作器的目标接触力和目标力矩，包括：
获取第一初始力和第三力矩，其中，所述第一初始力为所述传感器在初始位置产生的力，所述第三力矩是所述第一初始力对应产生的力矩；
获取第二初始力和第四力矩，其中，所述第二初始力为所述末端操作器与所述传感器整体在所述初始位置产生的力，所述第四力矩为所述第二初始力对应产生的力矩；
依据所述第一初始力和所述第二初始力，计算所述传感器在所述初始位置的目标初始力；依据所述第三力矩和所述第四力矩，计算所述传感器在所述初始位置的目标初始力矩；
依据所述第一接触力、所述目标初始力和所述第三重力，计算所述目标接触力；依据所述第一力矩、所述目标初始力矩和所述第二力矩，计算所述目标力矩；
在对所述传感器进行零点补偿操作后，依据所述第一接触力和所述第一力矩，计算所述末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，所述方法还包括：
将所述目标接触力和所述目标力矩发送至传感器数据映像区；
采集所述传感器数据映像区内的所述目标接触力和所述目标力矩，并依据所述目标接触力和所述目标力矩，计算所述末端操作器的位姿控制量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述目标接触力和所述目标力矩，控制所述末端操作器的位姿转换为目标位姿，包括：
依据所述末端操作器的位姿控制量，生成控制指令并将所述控制指令写入指令缓冲区；
通过插补器任务读取所述控制指令，并将所述位姿控制量中包含的末端操作器角度传输至伺服映像区；
在开始下一个伺服周期时，将所述位姿控制量发送给伺服电机；
通过所述伺服电机的带动控制所述末端操作器的位姿转换为所述目标位姿。
3.一种机器人运动的控制装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力和第一力矩；
补偿单元，用于对所述传感器进行零点补偿操作；
第一计算单元，用于在对所述传感器进行零点补偿操作后，依据所述第一接触力和所述第一力矩，计算所述末端操作器的目标接触力和目标力矩；
控制单元，用于依据所述目标接触力和所述目标力矩，控制所述末端操作器的位姿转换为目标位姿；
所述装置还包括：转换单元，用于在通过传感器采集机器人的末端操作器与外部环境的第一接触力之后， 将所述第一接触力和所述第一力矩依据的坐标系转换为目标坐标系，其中，所述目标坐标系是所述机器人的工具坐标系；
所述补偿单元包括：第一获取子单元，用于获取第一重力和工具坐标系相对于基坐标系的旋转矩阵，其中，第一重力为传感器与末端操作器整体的重力；第一确定子单元，用于依据第一重力和旋转矩阵，确定第二重力，其中，第二重力为基坐标系下的重力；第二确定子单元，用于依据旋转矩阵和第二重力，确定第三重力和第二力矩，其中，第三重力为传感器与末端操作器整体在工具坐标系下的重力，第二力矩为第三重力在工具坐标系下产生的力矩；
所述第一计算单元包括：第二获取子单元，用于获取第一初始力和第三力矩，其中，第一初始力为传感器在初始位置产生的力，第三力矩是第一初始力对应产生的力矩；第三获取子单元，用于获取第二初始力和第四力矩，其中，第二初始力为末端操作器与传感器整体在初始位置产生的力，第四力矩为第二初始力对应产生的力矩；第一计算子单元，用于依据第一初始力和第二初始力，计算传感器在初始位置的目标初始力；第二计算子单元，用于依据第三力矩和第四力矩，计算传感器在初始位置的目标初始力矩；第三计算子单元，用于依据第一接触力、目标初始力和第三重力，计算目标接触力；第四计算子单元，用于依据第一力矩、目标初始力矩和第二力矩，计算目标力矩；
所述装置还包括：发送单元，用于在对传感器进行零点补偿操作后，依据第一接触力和第一力矩，计算末端操作器的目标接触力和目标力矩之后，将所述目标接触力和所述目标力矩发送至传感器数据映像区；第二计算单元，用于采集所述传感器数据映像区内的所述目标接触力和所述目标力矩，并依据所述目标接触力和所述目标力矩，计算末端操作器的位姿控制量。
4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1至2中任意一项所述的一种机器人运动的控制方法。
5.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至2中任意一项所述的一种机器人运动的控制方法。
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