CN114102597A

CN114102597A - 机械臂关节点动操作控制方法、电子设备及存储介质

Info

Publication number: CN114102597A
Application number: CN202111448754.XA
Authority: CN
Inventors: 张健; 吴勇毅; 谢双胜; 郭鹏; 夏雪琴
Original assignee: Borunte Robot Co Ltd
Current assignee: Borunte Robot Co Ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-11-30
Also published as: CN114102597B

Abstract

本申请公开了一种机械臂关节点动操作控制方法、电子设备及存储介质，涉及工业机器人运动控制领域，所述机械臂关节点动操作控制方法包括：获取持续按下点动按键时的按键参数并根据所述按键参数确定第一时刻；在所述第一时刻，根据机械臂关节的运动参数规划得到所述机械臂关节的梯形运动轨迹；根据所述梯形运动轨迹，计算按下所述点动按键时所述机械臂关节的目标关节位置；根据所述目标关节位置驱动所述机械臂关节运动。本申请的机械臂关节点动操作控制方法能够有效减少机械臂关节速度突变的问题，减少机械冲击。

Description

机械臂关节点动操作控制方法、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及工业机器人运动控制领域，尤其涉及一种机械臂关节点动操作控制方法、***及存储介质。

背景技术

机械臂的手动点动示教功能是机械臂控制器中的一个必备功能，该功能指用户使用手持操作设备(机械臂示教器)操作机械臂的关节运动到达用户期望的关节位置，此后用户可通过示教器和控制器记录机械臂的关节位置值供编程机械臂使用现有的机械臂；现有的机械臂在运动过程中会因为速度突变产生机械冲击，对电机以及机械臂造成了一定程度的磨损。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种机械臂关节点动操作控制方法、***及存储介质，能够有效减小机械臂关节速度突变的问题，减少机械冲击。

为解决上述技术问题，本申请提出如下技术方案：

本申请第一方面实施例提供了一种机械臂关节点动操作控制方法，包括：

获取持续按下点动按键时的按键参数并根据所述按键参数确定第一时刻；

在所述第一时刻，根据机械臂关节的运动参数规划得到所述机械臂关节的梯形运动轨迹；

根据所述梯形运动轨迹，计算按下所述点动按键时所述机械臂关节的目标关节位置；

根据所述目标关节位置驱动所述机械臂关节运动。

根据本申请第一方面实施例的机械臂关节点动操作控制方法，至少具有如下有益效果：在本申请实施例的机械臂关节点动操作控制方法中，获取持续按下点动按键时的按键参数并根据按键参数确定第一时刻；在第一时刻，根据机械臂关节的运动参数规划得到机械臂关节的梯形运动轨迹；根据梯形运动轨迹，计算按下点动按键时机械臂关节的目标关节位置；根据目标关节位置驱动机械臂关节运动；此时，对于每一次的示教过程仅做一次路径规划，且机械臂实际运动的位置变化符合梯形变化规律，有效减小机械臂关节速度突变的问题，减少机械冲击，进而减少对电机和机械臂本体机械结构的磨损。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述获取持续按下点动按键时的按键参数并根据所述按键参数确定第一时刻，包括：

根据所述按键参数更新当前时刻持续按下点动按键的第一时长；

将最接近预设的消抖时间的第一时长对应的时间作为所述第一时刻。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述消抖时间为所述机械臂关节的点动周期值的倍数。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述梯形运动轨迹包括多个运动段，所述根据所述梯形运动轨迹，计算按下所述点动按键时所述机械臂关节的目标关节位置，包括：

计算所述机械臂关节运动的总时间，得到第二时长；

根据所述第二时长、多个所述运动段分别对应的运动时长，确定当前时刻所述机械臂关节应在的第一运动段；

获取所述机械臂关节在所述第一运动段的第一速度；

根据所述机械臂关节的当前位置、所述第一速度，计算得到所述目标关节位置。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述获取所述机械臂关节在所述第一运动段的第一速度，包括：

当所述第一运动段为加速运动段，将所述机械臂关节运动的总时间与所述梯形运动轨迹中最大加速度的乘积作为所述第一速度；

当所述第一运动段为匀速运动段，将所述梯形运动轨迹中的加速运动段的运动时长与所述梯形运动轨迹中最大加速度的乘积作为所述第一速度。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述根据所述机械臂的当前位置、所述第一速度，计算得到所述目标关节位置，包括：

获取所述机械臂关节的点动周期，获取所述机械臂关节的点动周期，并计算所述机械臂关节在一个所述点动周期内所述第一速度对应的第一距离；

将所述第一距离、所述当前位置累加，得到所述目标关节位置。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述方法还包括：

检测所述点动按键的按键变化状态；其中，所述按键变化状态表示所述点动按键的按键状态由按下变为松开；

根据当前时刻的所述机械臂关节的第二速度判断是否根据所述梯形运动轨迹计算所述机械臂关节的若干目标关节位置。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述梯形运动轨迹包括多个运动段，所述根据当前时刻的所述机械臂关节的第二速度判断是否根据所述梯形运动轨迹计算所述机械臂关节的若干目标关节位置，包括：

当所述第二速度大于0，根据所述第二时长、多个所述运动段分别对应的运动时长，确定当前时刻所述机械臂关节应在的第二运动段；

计算从当前时刻起每一所述机械臂关节的点动周期下在所述第二运动段的第三速度；

根据所述机械臂关节的当前位置、根据所述第三速度，计算得到所述目标关节位置直至所述第二速度为零。

本申请第二方面实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个存储器；

至少一个处理器；

至少一个程序；

所述程序被存储在所述存储器中，所述处理器执行至少一个所述程序以实现本申请第一方面任一项实施例所述的机械臂关节点动操作控制方法。

本申请第三方面实施例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可执行信号，所述计算机可执行信号用于执行如本申请第一方面任一项实施例所述的机械臂关节点动操作控制方法。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请一些实施例提供的机械臂示教***结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的一种机械臂关节点动操作控制方法的流程图；

图3为本申请一些实施例提供的三段式速度变化的轨迹规划示意图；

图4为本申请一些实施例提供的两段式速度变化的轨迹规划示意图；

图5为本申请一些实施例提供的根据梯形运动轨迹计算机械臂关节的目标关节位置的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语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。

在本申请的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本申请实施例提出一种机械臂示教***，***包括示教器110、控制器120以及机械臂130；控制器120与示教器110是通信连接的，控制器120用于接收来自于示教器110的按键参数并根据按键参数确定第一时刻；在第一时刻，根据机械臂关节的运动参数规划得到机械臂关节的梯形运动轨迹；根据梯形运动轨迹，计算每次按下示教器110的点动按键时机械臂关节的目标关节位置；根据目标关节位置驱动机械臂关节运动。

本领域技术人员可以理解的是，图1中示出的***结构示意图并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

基于上述***结构，提出本申请的机械臂关节点动操作控制方法的各个实施例。

参照图2，根据本申请第一方面实施例的一种机械臂关节点动操作控制方法，包括如下步骤：

步骤S210、获取持续按下点动按键时的按键参数并根据按键参数确定第一时刻；

需要说明的是，按键参数可以是控制器周期性检测示教器的点动按键的按键参数或者是示教器实时发送给控制器的点动按键的按键参数，周期检测时周期值为固定值。

需要说明的是，第一时刻是按键状态未发生改变的情况下，仅规划一次机械臂关节的梯形运动轨迹对应的时间。

步骤S220、在第一时刻，根据机械臂关节的运动参数规划得到机械臂关节的梯形运动轨迹；

在一些实施例中，可以从机械臂的配置文件中读取运动参数，具体的，运动参数包括运行距离s、最大速度和最大加速度；运行距离s为设定的机械臂关节运动的参考距离，其中，最大速度为设定的机械臂关节运动所能达到的最大速度，最大加速度为设定的机械臂关节运动所能达到的最大加速度，需说明的是，用户可以根据机械臂130的示教情况调整运动参数。

需要说明的是，在一些实施例中，控制器执行该梯形轨迹规划算法，能得到机械臂关节在运动过程中所需遵循多段式速度变化规律。

需要说明的是，梯形轨迹规划算法如下所示，其中，T1为机械臂关节达到最大速度的时间，即机械臂关节加速度段截止时间，Δt为机械臂关节达到最大速度后以最大速度匀速运动的时间，T₂为机械臂关节匀速运动截止时间；距离s、最大速度v_max和最大加速度a_max为从机械臂的配置文件中读取到的运动参数。

T₁＝v_max/a_max

Δ＝s-v_max ²/a_max

if(Δ＜0)

Δt＝(s-T₁×v_max)/v_max

if(Δt＞0)

T₃＝2T₁+Δt

T₂＝T₃-T₁

else

T₃＝2T₁

T₂＝T₁

end

v_lim＝T₁×a_max

其中，示例性的，如图3所示，当Δt＞0时，机械臂关节速度呈三段式变化，包括加速段、匀速段和减速段，其中T0为机械臂关节开始运动的时间，T₁为机械臂关节加速度段截止时间，T₂为机械臂关节匀速段截止时间，T₃为机械臂关节停止运动时间。

示例性的，如图4所示，当Δt≤0时，此时T₂＝T₁，机械臂关节速度呈两段式变化，包括加速段和减速段，其中T₀为机械臂关节开始运动的时间，T₁为机械臂关节加速度段截止时间，T₃为机械臂关节停止运动时间。

步骤S230、根据梯形运动轨迹，计算按下点动按键时机械臂关节的目标关节位置。

需说明的是，在第一时刻后，当点动按键未发生变化时，每一次按下点动按键均会触发目标关节位置的计算。

步骤S240、根据目标关节位置驱动机械臂关节运动。

在本申请第一方面的一些实施例中，步骤S210、获取持续按下点动按键时的按键参数并根据按键参数确定第一时刻，包括：

根据按键参数更新当前时刻持续按下点动按键的第一时长；

将最接近预设的消抖时间的第一时长对应的时间作为第一时刻。

需要说明的是，具体的，参照图1，在机械臂的手动点动示教过程中，控制器120获取示教器110的点动按键的按键状态，按键状态包括按下和松开，若当前时刻持续按下点动按键的第一时长大于消抖时间，将最接近预设的消抖时间的第一时长对应的时间作为第一时刻，在第一时刻，控制器120执行上述梯形轨迹规划算法，根据梯形轨迹规划算法得到机械臂关节的梯形运动轨迹。

需要说明的是，在一些实施例中，因为使用者的误触碰使点动按键按下时长较短，第一时长小于或等于消抖时间，将获取到的按键状态判定为无效信号，结束程序运行，不必进行下一步的梯形轨迹规划。

可以理解的是，消抖时间为机械臂关节的点动周期值的倍数。

需要说明的是，点动周期是控制器120和机械臂130的通信周期，消抖时间随着控制器120通信的周期数发生变化，假设周期值为T_step，消抖时间为nT_step，其中n的值为正整数且n随着周期数递增；将第一时长设为T_cur，此时，示例性的，若T_cur＞nT_step，第一时刻为nT_step+1，在第一时刻时控制器执行上述梯形轨迹规划算法；若T_cur≤nT_step，控制器结束程序运行，不必进行下一步的梯形轨迹规划。

梯形运动轨迹包括多个运动段，如图5所示，步骤S230、根据梯形运动轨迹，计算按下点动按键时机械臂关节的目标关节位置，包括：

步骤S510、计算机械臂关节运动的总时间，得到第二时长；

步骤S520、根据第二时长、多个运动段分别对应的运动时长，确定当前时刻机械臂关节应在的第一运动段；

步骤S530、获取机械臂关节在第一运动段的第一速度；

步骤S540、根据机械臂关节的当前位置、第一速度，计算得到目标关节位置。

需要说明的是，在持续按键为有效时，第一次按下点动按键的时间与机械臂关节开始运动的时间是对应的，假设当前持续按下按键的时间即第一时长为T_cur，则T_cur-T₀为机械臂关节运动的总时间，将第二时长设为t，则t＝T_cur-T₀，当t≥T₁时，参照图3的实施例，此时机械臂关节处于匀速段(即第一运动段为匀速段)，根据第一轨迹规划公式得到目标关节位置；当t＜T₁，参照图4的实施例，此时机械臂关节处于加速段，根据第二轨迹规划公式得到目标关节位置。

需要说明的是，机械臂示教***根据目标关节位置驱动机械臂关节运动，使机械臂关节在整个运动过程中符合多段式速度变化轨迹中的速度变化规律，即机械臂关节在运动过程中存在加速段和减速段，从而减少机械臂关节运动过程中速度突变的问题，减少机械冲击，能有效的降低对电机和机械臂本体机械结构的磨损。

可以理解的是，步骤S530、获取机械臂关节在第一运动段的第一速度，包括：当第一运动段为加速运动段，第一速度为机械臂关节运动的总时间与梯形运动轨迹中最大加速度的乘积；当第一运动段为匀速运动段，第一速度为梯形运动轨迹中的加速运动段的运动时长与梯形运动轨迹中最大加速度的乘积。

可以理解的是，步骤S540、根据机械臂的当前位置、第一速度，计算得到目标关节位置，包括：获取机械臂关节的点动周期，并计算机械臂关节在一个点动周期内第一速度对应的第一距离；将第一距离、当前位置累加，得到目标关节位置。

需要说明的是，轨迹规划方法具体为：获取控制器通信的周期值，获取梯形运动轨迹中最大加速度和当前位置；根据梯形运动轨迹中最大加速度以及机械臂关节运动的总时间得到当前时刻机械臂关节运动的第一速度，根据第一速度和周期值计算机械臂关节在一个点动周期对应的第一距离；将第一距离、当前位置累加，得到目标关节位置。

示例性，参照图3所示的实施例，假设第一运动段为加速段，目标关节位置用第一轨迹规划公式表达为：J_goal＝J_cur+t×a_max×T_step，其中，t×a_max表示第一速度，t×a_max×T_step表示第一距离。

示例性，参照图3所示的实施例，假设第一运动段为匀速段，目标关节位置用第二轨迹规划公式表达为：J_goal＝J_cur+T₁×a_max×T_step，其中，T₁×a_max表示第一速度，T₁×a_max×T_step表示第一距离。

可以理解的是，本申请实施例第一方面实施例的一种机械臂关节点动操作控制方法，还包括：检测点动按键的按键变化状态；其中，按键变化状态表示点动按键的按键状态由按下变为松开；根据当前时刻的机械臂关节的第二速度判断是否根据梯形运动轨迹计算机械臂关节的若干目标关节位置。

可以理解的是，梯形运动轨迹包括多个运动段，根据当前时刻的所述机械臂关节的第二速度判断是否根据梯形运动轨迹计算机械臂关节的若干目标关节位置，包括：当第二速度大于零，根据第二时长、多个运动段分别对应的运动时长，确定当前时刻机械臂关节应在的第二运动段；计算从当前时刻起每一机械臂关节的点动周期下在第二运动段的第三速度；根据机械臂关节的当前位置、根据第三速度，计算得到目标关节位置直至第二速度为零。

需要说明的是，在一些实施例中，停止示教时，按键状态为关，检测当前机械臂关节的速度，若速度等于0，结束程序运行，不必进行下一步的梯形轨迹规划。

需要说明的是，在一些实施例中，停止示教时，按键状态由按下变为松开，控制器检测当前机械臂关节的第二速度，当第二速度大于0，且t≥T₁时，参照图3，此时机械臂关节从匀速段进入减速段；当第二速度大于0，且t＜T₁时，参照图4，此时机械臂关节从加速段进入减速段，则目标关节位置J_goal＝J_cur+t×a_max×T_step；其中，t为第二时长，t×a_max表示第三速度。

需要说明的是，在一些实施例中，在第一次执行第三轨迹规划方法的周期结束后，机械臂关节的速度仍大于0，在下一周期中执行第三轨迹规划方法时，t减去一个周期值，即t＝t-T_step，依次类推，t以周期值递减，直至检测到的第二速度等于0。

第二方面，本申请提供一种电子设备，包括：

至少一个存储器；

至少一个处理器；

至少一个程序；

程序被存储在存储器中，处理器执行至少一个程序以实现本申请第一方面任一项的机械臂关节点动操作控制方法。

处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

存储器作为一种非暂态可读存储介质，可用于存储非暂态软件指令以及非暂态性可指令。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。可以理解的是，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器，上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件指令、指令以及信号，从而各种功能应用以及数据处理，即实现上述第一方面实施例的机械臂关节点动操作控制方法。

实现上述实施例的机械臂关节点动操作控制方法所需的非暂态软件指令以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行本申请第一方面实施例的机械臂关节点动操作控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S210至S240、图5中的方法步骤S510至S540。

由于第二方面的机械臂控制***可执行本申请第一方面任一项的机械臂关节点动操作控制方法，因此具有本申请第一方面的所有有益效果。

第三方面，本申请实施例提供了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可执行信号，计算机可执行信号用于执行：

如申请第一方面任一项实施例的机械臂关节点动操作控制方法。

例如执行以上描述的图2中的方法步骤S210至S240、图5中的方法步骤S510至S540。

由于第三方面的计算机存储介质可执行本申请第一方面任一项的机械臂关节点动操作控制方法，因此具有本申请第一方面的所有有益效果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在可读介质上，可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读信号、数据结构、指令模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读信号、数据结构、指令模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下，做出各种变化。

Claims

1.一种机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，包括：

根据所述目标关节位置驱动所述机械臂关节运动。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述获取持续按下点动按键时的按键参数并根据所述按键参数确定第一时刻，包括：

3.根据权利要求2所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述消抖时间为所述机械臂关节的点动周期值的倍数。

4.根据权利要求2所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述梯形运动轨迹包括多个运动段，所述根据所述梯形运动轨迹，计算按下所述点动按键时所述机械臂关节的目标关节位置，包括：

计算所述机械臂关节运动的总时间，得到第二时长；

获取所述机械臂关节在所述第一运动段的第一速度；

5.根据权利要求4所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述获取所述机械臂关节在所述第一运动段的第一速度，包括：

6.根据权利要求4所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述根据所述机械臂的当前位置、所述第一速度，计算得到所述目标关节位置，包括：

获取所述机械臂关节的点动周期，并计算所述机械臂关节在一个所述点动周期内所述第一速度对应的第一距离；

7.根据权利要求4所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的机械臂关节点动操作控制方法，其特征在于，所述梯形运动轨迹包括多个运动段，所述根据当前时刻的所述机械臂关节的第二速度判断是否根据所述梯形运动轨迹计算所述机械臂关节的若干目标关节位置，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个存储器；

至少一个处理器；

至少一个程序；

所述程序被存储在所述存储器中，所述处理器执行至少一个所述程序以实现如权利要求1至权利要求8任一项所述的机械臂关节点动操作控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行信号，所述计算机可执行信号用于执行如权利要求1至权利要求8任一项所述的机械臂关节点动操作控制方法。