一种机器人控制方法、装置、电子设备及计算机存储介质与流程

本申请实施例涉及自动控制，尤其涉及一种机器人控制方法、装置、电子设备及计算机存储介质。

背景技术：

1、在针对机器人的自动控制过程中，可以先获取机器人末端执行器（如夹爪、吸盘、喷枪等）将要达到的目标位姿，基于上述目标位姿解算出机器人各关节需转动的角度，也即关节角，进而再根据各关节角生成控制指令，驱动机器人的各关节电机运动，从而使得末端执行器精准到达上述目标位姿。

2、一种可选的方式是，根据机器人的正运动学方程建立末端执行器的位姿误差函数，并采用牛顿迭代、阻尼最小二乘、雅可比伪逆等数值迭代方式，逐步修正得到机器人各关节的关节角，也即基于数值迭代的机器人逆解方法。上述基于数值迭代的机器人逆解方法通用性较强，但由于其求解结果依赖初始关节角、迭代步长、阻尼系数以及收敛阈值等参数，且在奇异位形、存在多组候选解或关节角接近运动范围边界等情况下，容易出现收敛速度慢、跳解甚至求解失败等问题；同时，该类方法通常难以直接给出各关节的关节角与末端执行器的目标位姿之间的显式几何对应关系，求解过程的可解释性和确定性较差。

3、就包含6个关节（也即6个旋转轴）的六轴机器人而言，在计算关节角时，通常采用基于球腕结构解耦的六轴机器人解析逆解方法。该类方法假设后三轴（第4轴、第5轴以及第6轴）交于一点。上述方法对于传统球腕工业机器人（也即第4轴、第5轴以及第6轴交于同一点的六轴机器人）适用性较好，但对于后三轴不满足典型球腕交汇关系的尖点机器人，也即：对于第4轴、第5轴以及第6轴不交于同一点的六轴机器人，则无法适用。

4、因此，对于第4轴、第5轴以及第6轴不交于同一点的六轴机器人，亟需一种能够准确计算关节角的方案，进而实现对该类机器人的准确控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种机器人控制方案，以至少部分解决上述问题。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种机器人控制方法，包括：

3、确定机器人的末端执行器处于目标位姿时，虚拟腕心的位置；所述虚拟腕心为所述机器人的第四关节旋转轴和第六关节旋转轴的交点；所述虚拟腕心的坐标以第五关节对应的第五关节角为自变量；根据前三关节的关节角与所述虚拟腕心的位置间的几何关系，计算前三关节的关节角；所述前三关节的关节角均以所述第五关节角为自变量；根据由前三关节的关节角和所述目标位姿表示的第一矩阵，以及，由后三关节的关节角表示的第二矩阵，计算后三关节的关节角，以根据各关节角控制各关节运动；所述第一矩阵和所述第二矩阵均为所述机器人的第六关节相对于第三关节的转动矩阵。

4、根据本申请实施例的第二方面，提供了一种机器人控制装置，包括：

5、位置确定模块，用于确定机器人的末端执行器处于目标位姿时，虚拟腕心的位置；所述虚拟腕心为所述机器人的第四关节旋转轴和第六关节旋转轴的交点；所述虚拟腕心的坐标以第五关节对应的第五关节角为自变量；第一计算模块，用于根据前三关节的关节角与所述虚拟腕心的位置间的几何关系，计算前三关节的关节角；所述前三关节的关节角均以所述第五关节角为自变量；第二计算模块，用于根据由前三关节的关节角和所述目标位姿表示的第一矩阵，以及，由后三关节的关节角表示的第二矩阵，计算后三关节的关节角，以根据各关节角控制各关节运动；所述第一矩阵和所述第二矩阵均为所述机器人的第六关节相对于第三关节的转动矩阵。

6、根据本申请实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如第一方面所述方法对应的操作。

7、根据本申请实施例的第四方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。

8、根据本申请实施例的第五方面，提供了一种计算机程序产品，其上包含计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行如第一方面所述方法对应的操作。

9、根据本申请实施例提供的机器人控制方法，针对由第四关节旋转轴和第六关节旋转轴交点所构建的虚拟腕心，先确定出当机器人末端执行器处于目标位姿时，该虚拟腕心的以第五关节角为自变量的位置；之后，根据前三关节的关节角与虚拟腕心位置之间的几何关系，求解出以第五关节角表示的前三关节的关节角；再根据由前三关节的关节角和目标位姿表示的第六关节相对于第三关节的转动矩阵，以及，由后三关节的关节角表示的第六关节相对于第三关节的转动矩阵，计算出后三关节的关节角。

10、就传统的球腕机器人而言，由于后三关节旋转轴相交于同一点（称为腕心），因此，腕心的位置和姿态是彻底解耦的。也就是说：前三关节的关节角可以确定腕心的位置，也即通过前三关节的关节角调整可以将腕心送至目标位置；而后三关节的关节角则可以确定末端执行器的姿态，也即通过后三关节的关节角调整可以改变末端执行器的姿态朝向。前三关节与后三关节各司其职，互不干涉。

11、而对于后三关节旋转轴不交于一点的六轴机器人，其末端执行器的位置和姿态是相互耦合的，当改变位置时会同步导致姿态变化，相反地，当改变姿态时也会同步引起位置变化。针对后三关节旋转轴不交于一点的这类特殊的六轴机器人，本申请上述实施例中，利用第四关节旋转轴与第六关节旋转轴的交点构造虚拟腕心，分析其几何结构可知：该虚拟腕心的位置仅与第五关节的关节角和末端执行器的目标位姿相关，而与其他关节的关节角无关，因此，本申请实施例通过引入上述虚拟腕心的位置，将末端执行器位置与姿态耦合的问题转化为前三个关节的关节角与虚拟腕心位置之间的几何定位问题，以及，后三个关节的关节角与关节间相对转动矩阵（姿态）求解问题，从而得到各关节的关节角并基于关节角控制机器人各关节的运动。

12、本申请实施例，并不是直接采用传统球腕机器人的腕心回退公式，而是根据第四关节旋转轴、第五关节旋转轴以及第六关节旋转轴的轴向和偏置关系构造虚拟腕心，因此能够适用于后三关节旋转轴不交于一点的这类特殊的六轴机器人。

13、另外，本申请实施例中，将各关节角求解过程分解为虚拟腕心构造、前三轴几何定位、后三轴姿态反解等步骤，各步骤均具有明确的几何含义，相比于数值迭代类求解方式，能够避免纯数值迭代对初始值和收敛过程的依赖。提高了关节角计算的准确性、确定性以及可解释性，进而提升了机器人控制的精度。

1.一种机器人控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据前三关节的关节角与所述虚拟腕心的位置间的几何关系，计算前三关节的关节角，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据前三关节的关节角与所述虚拟腕心的位置间的几何关系，计算前三关节的关节角，包括：

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据由前三关节的关节角和所述目标位姿表示的第一矩阵，以及，由后三关节的关节角表示的第二矩阵，计算后三关节的关节角，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一矩阵中各元素与所述第二矩阵中各元素之间的对应关系，构建以后三关节的关节角为自变量的方程并求解，得到后三关节分别对应的关节角，包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一矩阵中各元素与所述第二矩阵中各元素之间的对应关系，构建以后三关节的关节角为自变量的方程并求解，得到后三关节分别对应的关节角，包括：

7.一种机器人控制装置，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

9.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行如权利要求1-6中任一项所述方法对应的操作。