一种关节参数确定方法及电子设备与流程

1.本发明实施例涉及射频集成电路领域，尤其涉及一种关节参数确定方法及电子设备。


背景技术：

2.随着机器人技术的不断发展，协作机器人应运而生，协作机器人的安全保护屏障，通常采用基于关节一体化的电流反馈进行阈值判断，通过关节电流反推算出关节的扭矩值，这种方法在机器人研发中，经常被采用。因为其不需要额外的传感器，因此属于低成本方法。这种方法的缺点很明显，就是精度和灵敏度没有带有扭矩传感器的机器人高，因此带有扭矩传感器的协作机器人是未来机器人发展的一个重要方向。
3.在相关技术中，扭矩传感器安装通常在两个位置，一个是末端安装扭矩传感器，通过力传感器的实时反馈可以实现很多功能，如采用恒力输出方式可进行浮动打磨及轴孔装配。虽然这种安装方式有着很不错的效果，但碰撞发生位置只能局限于末端，对机器人本体发生碰撞束手无策。因此本发明设计了一个针对机器人各个关节的扭矩传感器的扭矩检测方案及机器人软件控制方法。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种关节参数确定方法及电子设备，可以解决碰撞发生位置只能局限于末端，对机器人本体发生碰撞束手无策的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：
6.本发明实施例的第一方面，提供一种关节参数确定方法，该方法包括：建立第一运算模型；采用所述第一运算模型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值；根据所述至少一个关节的位置值，确定剩余的关节的位置值；从所述至少一个关节的位置值和所述剩余的关节的位置值中，确定出目标关节参数。
7.可选地，本技术实施例中，所述建立第一运算模型，包括：依次建立第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方程；基于所述第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方程，确定第一运算模型，以建立所述第一运算模型。
8.可选地，本技术实施例中，所述第一算法方程为正运动学方程，所述第二算法方程为mp广义矩阵方程，所述第三算法方程为牛顿迭代方程组，所述第四算法方程为迭代方程组。
9.可选地，本技术实施例中，所述采用所述第一运算模型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值之前，所述方法还包括：获取至少一个第一扭矩参数；在高集成扭矩检测关节测试平台上进行测试，以从所述至少一个第一扭矩参数中，确定出所述至少一个扭矩参数。
10.本发明实施例的第一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：建立模块和确定模块；所述建立模块，用于建立第一运算模型；所述确定模块，用于采用所述第一运算模
型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值；根据所述至少一个关节的位置值，确定剩余的关节的位置值；从所述至少一个关节的位置值和所述剩余的关节的位置值中，确定出目标关节参数。
11.可选地，本技术实施例中，所述建立模块，具体用于依次建立第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方程；基于所述第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方程，确定第一运算模型，以建立所述第一运算模型。
12.可选地，本技术实施例中，所述第一算法方程为正运动学方程，所述第二算法方程为mp广义矩阵方程，所述第三算法方程为牛顿迭代方程组，所述第四算法方程为迭代方程组。
13.可选地，本技术实施例中，所述电子设备还包括：获取模块；所述获取模块，用于获取至少一个第一扭矩参数；所述确定模块，还用于在高集成扭矩检测关节测试平台上进行测试，以从所述至少一个第一扭矩参数中，确定出所述至少一个扭矩参数。
14.在本技术实施例中，电子设备可以建立第一运算模型；采用所述第一运算模型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值；根据所述至少一个关节的位置值，确定剩余的关节的位置值；从所述至少一个关节的位置值和所述剩余的关节的位置值中，确定出目标关节参数。本技术实施例可以提供了关节型扭矩传感器的安装方式；软件平台支持与扭矩传感器的通信；对传感器器的性能进行测定分析；关节型扭矩传感器的实际应用，实现了拖拽示教和碰撞保护。
附图说明
15.图1为本技术实施例提供的一种关节参数确定方法的示意图之一；
16.图2为本技术实施例提供的一种关节参数确定方法的示意图之二；
17.图3为本技术实施例提供的一种关节参数确定方法的示意图之三。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本技术实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一耦合线和第二耦合线等是用于区别不同的媒体文件，而不是用于描述媒体文件的特定顺序。
20.在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。
21.本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。
22.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本
申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
23.本技术实施例提供一种关节参数确定方法，电子设备可以建立第一运算模型；采用所述第一运算模型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值；根据所述至少一个关节的位置值，确定剩余的关节的位置值；从所述至少一个关节的位置值和所述剩余的关节的位置值中，确定出目标关节参数。本技术实施例可以提供了关节型扭矩传感器的安装方式；软件平台支持与扭矩传感器的通信；对传感器器的性能进行测定分析；关节型扭矩传感器的实际应用，实现了拖拽示教和碰撞保护。
24.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的一种关节参数确定方法进行详细地说明。
25.在相关技术中，协作机器人有着广泛的应用场景，因为其自身安全和示教方便等诸多优点，使其能够远离安全门的各种使操作者远离的原因。协作机器人应运而生，协作机器人的安全保护屏障，通常采用基于关节一体化的电流反馈进行阈值判断，通过关节电流反推算出关节的扭矩值，这种方法在机器人研发中，经常被采用。因为其不需要额外的传感器，因此属于低成本方法。这种方法的缺点很明显，就是精度和灵敏度没有带有扭矩传感器的机器人高，因此带有扭矩传感器的协作机器人是未来机器人发展的一个重要方向。
26.扭矩传感器安装通常在两个位置，一个是末端安装扭矩传感器，通过力传感器的实时反馈可以实现很多功能，如采用恒力输出方式可进行浮动打磨及轴孔装配。虽然这种安装方式有着很不错的效果，但碰撞发生位置只能局限于末端，对机器人本体发生碰撞束手无策。因此本发明设计了一个针对机器人各个关节的扭矩传感器的扭矩检测方案及机器人软件控制方法。
27.本发明的目的是开发一种关节型扭矩传感器机器人软件平台。通过使用该平台能够实现对各个关节的扭矩数据监控，对协作机器人的碰撞及拖拽示教有着实际的应用价值。协作机器人的拖拽示教功能大大提升了示教作业的效率，碰撞保护功能使得操作员的安全性有了保障。这种关节型机器人的核心功能有：(1)本设计应用在7轴协作机器人，相比传统6轴机器人，对运动学轨迹规划及规避奇异点有着先天的优势；(2)设计了关节小型化设计，能够很好地保障关节的小型化设计；(3)通过该软件平台可以实现与传感器数据的实时通信，实现对数据的采集及机械手的快速反应。
28.图1-3示出了本技术实施例提供的关节参数确定方法的示意图。如图1所示，所示方法包括下述的步骤101至步骤104。
29.步骤101、建立第一运算模型；
30.步骤102、采用所述第一运算模型进行计算，根据至少一个扭矩参数，确定至少一个关节的位置值；
31.步骤103、根据所述至少一个关节的位置值，确定剩余的关节的位置值；
32.步骤104、从所述至少一个关节的位置值和所述剩余的关节的位置值中，确定出目标关节参数。
33.可选地，本技术实施例中，结合图1，如图2所示，所述建立第一运算模型，包括：
34.步骤101a、依次建立第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方
程；
35.步骤101b、基于所述第一算法方程、第二算法方程、第三算法方式和第四算法方程，确定第一运算模型，以建立所述第一运算模型。
36.可选地，本技术实施例中，所述第一算法方程为正运动学方程，所述第二算法方程为mp广义矩阵方程，所述第三算法方程为牛顿迭代方程组，所述第四算法方程为迭代方程组。
37.可选地，本技术实施例中，结合图1，如图3所示，在上述步骤102之前，方法还包括：
38.步骤201、获取至少一个第一扭矩参数；
39.步骤202、在高集成扭矩检测关节测试平台上进行测试，以从所述至少一个第一扭矩参数中，确定出所述至少一个扭矩参数。
40.可以理解，本技术提供的方法可以包括以下三个部分：、
41.一、机器人运动学
42.采用mdh模型法建立七轴机器人模型。根据mdh坐标关系表建立传递变换矩阵方程，运用正解相乘矩阵乘积得到运动学正解关系表达式。该双臂软件平台采用牛顿迭代的运动学方法。所述运动学模块包括以下步骤：建立正运动学方程、构建mp广义逆矩阵方程、建立牛顿迭代方程组、迭代方程组计算得到部分关节位置值；根据所述部分关节位置值求解剩余的关节位置值；对计算得到的关节多解进行挑选。
43.二、扭矩传感器性能
44.扭矩传感器稳定的性能对于协作机器人来说至关重要。因此本方案中有着对扭矩传感器数据的各种条件下的数据采集。在高集成扭矩检测关节测试平台上进行测试，负载选取50n的圆盘重物。测试未安装负载和安装负载情况下的静态扭矩值，将末端杠杆看作为轻质杆，与理论公式进行对比。单关节将杠杆竖直情况下，关节角度设置为零位。测试测试未安装负载和安装负载情况下的动态扭矩值，为测试运动状态发生变化时对扭矩值的影响，需测定不同加加速度的扭矩值。
45.在静止、未安装负载情况下，扭矩传感器在不同角度扭矩值呈现稳定趋势。在静止、有负载情况下，实际扭矩值与理论扭矩值曲线符合一致的变化趋势。在去除异常跳变点后，其差值不超过1.5n*m，可以的接受范围。在不同加加速度情况下，扭矩变化趋势约一致。对比静态扭矩值与动态扭矩值曲线，可以看出扭矩传感器采集出的扭矩值较为准确。目前单关节能够实现无需作业学习的阈值法碰撞保护。通过此测试，为后期生产高集成扭矩多关节提供了测试依据。
46.三、扭矩传感器数据采集及碰撞反应机制
47.扭矩传感器采用can通信方式，该软件平台支持与扭矩传感器的can通信，能够实现对数据的实时采集。该控制器软件平台对关节的实际扭矩传感器的数据通过阈值判断法进行碰撞保护，通常碰撞保护方案为停止用户当前执行作业。也可通过运动学的导纳算法，实现机器人本体的远离碰撞物并快速停止的反应。
48.需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该
要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
49.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。