柔性驱动方法、柔性并联机器人控制方法及柔性驱动装置与流程

1.本技术涉及机器人技术领域，特别是涉及一种柔性驱动方法、柔性并联机器人控制方法、柔性驱动装置、柔性并联机器人和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着机器人技术的不断完善，使用机器人技术为解决行业痛点提供了全新思路。目前市面上已涌现了多种物理治疗机器人，例如提供软组织治疗的机器人、提供热疗的机器人及提供艾灸的机器人等，这些不同物理治疗机器人提供不同治疗的核心都来自于前端的物理治疗执行器的功能。
3.现有技术中，这类机器人一般提供力控来实现机器人和人体接触的力的控制，或者通过特殊的传动机构的设计能实现仿人手的基本动作，这些设计虽然能够实现一些基本需求，但是其机器人驱动方式单一，并且通常采用刚性驱动，导致力量控制和运动控制只能被分开设计，驱动设计复杂和冗余，无法真正模拟人手按摩时的力量与运动的协同控制，机器人动作的生硬严重影响用户的体验。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够柔性驱动的柔性驱动方法、柔性并联机器人控制方法、柔性驱动装置、柔性并联机器人和计算机可读存储介质。
5.第一方面，本技术提供了一种柔性驱动方法，方法包括：
6.获取柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度、以及当前输出位置和当前输出速度；
7.根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩；
8.根据柔性驱动关节的当前力矩与目标抵抗力矩之间的偏差，确定柔性驱动关节的目标驱动速度，其中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩；
9.根据柔性驱动关节的当前驱动速度与目标驱动速度之间的偏差，确定柔性驱动关节的速度控制量，并基于速度控制量控制柔性驱动关节的驱动部件。
10.在其中一个实施例中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩包括：
11.基于柔性驱动关节的输入角度和输出角度获取当前力矩τ：
12.τ＝ks(θ
m-θ
out
)
13.其中，ks为柔性驱动关节的刚度，θm为输入角度，θ
out
为输出角度。
14.在其中一个实施例中，根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩包括：
15.根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，通过阻抗控制器确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩τd：
16.17.其中，θ
out，d
为目标输出位置，为目标输出速度，θ
out
为当前输出位置，为当前输出速度，kv、cv为阻抗控制器的阻抗参数。
18.在其中一个实施例中，方法还包括：
19.通过调节柔性驱动关节的阻抗参数，控制柔性驱动关节对外输出的作用力。
20.第二方面，本技术还提供了一种柔性并联机器人控制方法，柔性并联机器人至少包括多个柔性驱动关节、并联机构、动平台，并联机构包括多个运动支链，每一柔性驱动关节经对应运动支链与动平台连接，其中，通过基于如上述任意一项实施例中的柔性驱动方法的柔性驱动控制模型控制柔性并联机器人，包括：
21.根据输入指令中动平台的目标运动轨迹和目标运动速度，获取每一柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度，并且根据动平台的当前运动轨迹和当前运动速度，获取每一柔性驱动关节的当前输出位置和当前输出速度；
22.根据目标输出位置、目标输出速度、当前输出位置、当前输出速度，分别通过柔性驱动控制模型输出控制每一柔性驱动关节的驱动部件，以驱动多个运动支链控制动平台。
23.在其中一个实施例中，还包括：
24.通过调节柔性驱动控制模型中每个柔性驱动关节的阻抗参数，控制动平台与外界接触的作用力。
25.在其中一个实施例中，目标运动轨迹至少包括指揉运动轨迹、指压运动轨迹、拔筋运动轨迹中的一种或多种；
26.指揉运动轨迹为以一作用点为圆心作固定圆周运动或平面螺旋运动或空间螺旋运动；
27.指压运动轨迹为沿一作用面的垂直方向作直线或曲线运动；
28.拔筋运动轨迹为沿一作用面的表面作直线或曲线运动。
29.第三方面，本技术还提供了一种柔性驱动装置，包括：
30.获取模块，用于获取柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度、以及当前输出位置和当前输出速度；
31.阻抗控制器，用于根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩；
32.力矩控制器，用于根据柔性驱动关节的当前力矩与目标抵抗力矩之间的偏差，确定柔性驱动关节的目标驱动速度，其中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩；
33.速度控制器，用于根据柔性驱动关节的当前驱动速度与目标驱动速度之间的偏差，确定柔性驱动关节的速度控制量，并基于速度控制量控制柔性驱动关节的驱动部件。
34.第四方面，本技术还提供了一种柔性并联机器人，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，柔性并联机器人还至少包括多个柔性驱动关节、并联机构、动平台，并联机构包括多个运动支链，每一柔性驱动关节经对应运动支链与动平台连接，处理器执行计算机程序时实现上述任意一种实施例中的柔性驱动方法的步骤。
35.第五方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种实施例中的柔性驱动方法的步骤。
36.上述柔性驱动方法、柔性并联机器人控制方法、柔性驱动装置、柔性并联机器人和计算机可读存储介质，基于位置和速度进行闭环柔性驱动，可以精准地控制输出位置和速
度，其中，结合位置偏差和速度偏差确定目标抵抗力矩，通过该目标抵抗力矩结合柔性关节的形变量产生的力矩，确定控制柔性驱动关节输出力矩的目标驱动速度，并结合目标驱动速度与当前驱动速度确定控制柔性驱动关节输出速度的速度控制量，这样该速度控制量可以同时控制柔性驱动关节的输出速度、输出力矩、输出位置，实现了力学控制与运动学控制的相结合，简化了驱动设计，保证驱动精度同时提高了驱动的执行效率，另外，柔性驱动关节在吸收冲击能量时将其转变为形变量，形变量进一步转换为力矩，这样不仅可以很好地吸收冲击能量，而且进一步基于该力矩进行运动学和力学的控制，可以柔顺地控制冲击后的运动，同时实现了力学与运动学上的柔性驱动，提高控制的稳定性，使得输出具有更好的运动顺滑性和误差宽容性，应用于按摩理疗应用场景时，可以更加真实地模拟模拟人手的按摩手法，保护用户安全的同时，大大改善用户的体验。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为一个实施例中柔性驱动方法的整体流程图；
39.图2为一个实施例中柔性驱动方法的控制框架图；
40.图3为一个实施例中柔性驱动关节的整体结构图；
41.图4为一个实施例中柔性驱动关节中柔性联动器的立体示意图；
42.图5为一个实施例中柔性驱动关节中柔性联动器的爆炸示意图；
43.图6为一个实施例中柔性并联机器人控制方法的整体流程图；
44.图7为一个实施例中柔性并联机器人控制方法的控制框架图；
45.图8为一个实施例中柔性并联机器人控制方法的指揉运动轨迹示意图；
46.图9为一个实施例中柔性并联机器人控制方法的指压运动轨迹示意图；
47.图10为一个实施例中柔性并联机器人控制方法的拔筋运动轨迹示意图；
48.图11为一个实施例中柔性并联机器人的立体示意图；
49.图12为一个实施例中柔性驱动装置的结构框图。
50.附图标记：
51.10、柔性驱动关节；11、驱动部件；12、柔性联动器；121、输入连接件；122、输出连接件；123、弹性组件；1230、旋转扭簧；1231、第一扭簧；1232、第二扭簧；1233、中间连接件；12331、第一扭簧腔；12332、第二扭簧腔；1234、第一滑接件；1235、第二滑接件；13、传动器；131、输入轴组件；132、输出轴组件；133、皮带传动组件；124、传感器组件；20、运动支链；21、输入连杆；22、输出连杆；23、第一铰接组件；24、第二铰接组件；30、静平台；40、动平台；
52.1、获取模块；2、阻抗控制器；3、力矩控制器；4、速度控制器。
具体实施方式
53.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不
用于限定本技术。
54.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
55.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
56.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
57.本技术实施例提供的柔性驱动方法，可以应用于如图3和图11所示的柔性驱动关节10。其中，在适用于本实施例的一种柔性驱动关节10中，包括驱动部件11和柔性联动器12，该柔性联动器12用于将该驱动部件11与运动支链20联动，以驱动该运动支链20执行所需的动作，从而实现柔性力控，以便兼顾该运动支链的力量控制和运动控制，驱动部件11可以为伺服电机或步进电机等驱动控制器。如图4以及图5所示，该柔性联动器12可以包括与该驱动部件连接的输入连接件121、用于与该运动支链20连接的输出连接件122以及被设置于该输入连接件121和该输出连接件122之间的弹性组件123，其中当该驱动部件11被启动以驱动该输入连接件121动作时，该弹性组件123在该输入连接件121的带动下发生弹性形变以带动该输出连接件122，用于将该驱动部件11与该运动支链20进行柔性联动，使得该运动支链20能够被该柔性驱动关节10驱动，以执行所需的动作。
58.可选地，参看图3和图11，上述柔性驱动关节还可以包括传动器13、传感器组件124，传动器13可以包括输入轴组件131、输出轴组件132以及皮带传动组件133，该输入轴组件131连接于该柔性联动器12的该输出连接件122，该输出轴组件132用于连接该运动支链20，该皮带传动组件133可传动地连接于该输入轴组件131和该输出轴组件132，以便通过较为紧凑的结构来实现运动方向、传递速度以及力矩大小的变换，传感器组件124包括分别被内置于驱动部件11和传动器13的传感器，例如光电传感器、电磁传感器、电位器等，内置于驱动部件11里面的传感器还可以通过脉冲编码方式获得相关角速度和角度信息，用于获得柔性联动器12的输入角度和输出角度，以计算出柔性联动器12所产生的力矩。可以理解的是，在本技术的其他示例中，该传动器13中的该皮带传动组件133也可以被替换成链条传动组件、齿轮传动组件或连杆传动组件等，只要能够实现运动方向、传递速度以及力矩大小的变换即可，本技术对此不再赘述。
59.需要说明的是，上述柔性驱动关节为本技术实施例提供的柔性驱动方法的一种适用场景中，本实施例不仅限于此，显然地，在不脱离上述结构构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，本技术实施例提供的柔性驱动方法同样适用。
60.在一个实施例中，如图1和图2所示，提供了一种柔性驱动方法，应用于柔性驱动关节驱动，包括以下步骤：
61.s100：获取柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度、以及当前输出位置和当前输出速度；
62.具体地，本实施例根据输入指令获取柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度，并且根据柔性驱动关节上的传感器获取当前输出位置和当前输出速度。进一步地，目标输出位置和当前输出位置可以为柔性驱动关节输出端的角度值，目标输出速度和当前输出速度可以为柔性驱动关节输出端的角速度，并且可以通过在柔性驱动关节的输出端设置例如光电传感器、电磁传感器、电位器等来测量上述角速度和角度值，以获取当前输出位置和当前输出速度。
63.s200：根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩；
64.具体地，本实施例通过阻抗控制器根据当前输出位置和目标输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩，其中，阻抗控制器是一种基于比例微分(pd)模式的控制器，通过过阻抗控制器调节柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩大小，目标抵抗力矩大小反应柔性驱动关节输出力矩的期望大小，即基于阻抗控制器输出的目标抵抗力矩可以控制柔性驱动关节对外输出的力矩，以对外控制运动支链与外界之间的相互作用力，进一步地，阻抗控制器根据当前输出位置和当前输出速度的变化动态输出对应的目标抵抗力矩，使得柔性驱动关节对外输出的力矩呈柔性变化，从而实现柔性力控。需要说明的是，pd控制器是本实施例阻抗控制器的一种较佳实施方式，此外，还可以采用pid等控制器或者其他的线弹性控制器。
65.s300：根据柔性驱动关节的当前力矩与目标抵抗力矩之间的偏差，确定柔性驱动关节的目标驱动速度，其中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩；
66.具体地，本实施例通过力矩控制器根据柔性驱动关节的当前力矩与目标抵抗力矩之间的偏差，确定柔性驱动关节的目标驱动速度，其中，力矩控制器是一种基于比例积分模式(pi)的控制器，通过力矩控制器输出调整力矩对应的目标驱动速度，目标驱动速度为柔性驱动关节中驱动部件的期望速度，即基于力矩控制器输出的目标驱动速度可以控制柔性驱动关节驱动部件的速度，以控制柔性驱动关机对外输出的位置与速度。需要说明的是，pi控制器是本实施例阻抗控制器的一种较佳实施方式，此外，还可以采用pid等控制器或者其他的线弹性控制器。
67.s400：根据柔性驱动关节的当前驱动速度与目标驱动速度之间的偏差，确定柔性驱动关节的速度控制量，并基于速度控制量控制柔性驱动关节的驱动部件。
68.具体地，本实施例通过速度控制器根据根据柔性驱动关节的当前驱动速度与目标驱动速度之间的偏差，确定柔性驱动关节的速度控制量，其中，速度控制器是一种基于比例积分模式(pi)的控制器，通过速度控制量输出调整驱动部件驱动速度对应的速度控制量，速度控制量为驱动部件的控制参量，基于速度控制力输出的速度控制量可以控制柔性关节的驱动部件，从而实现柔性驱动关节对外输出位置和速度。需要说明的是，pi控制器是本实施例阻抗控制器的一种较佳实施方式，此外，还可以采用pid等控制器或者其他的线弹性控制器。
69.上述步骤s100至s400形成了整个柔性驱动关节的闭环控制，通过循环执行上述步骤s100至s400可以精准地控制柔性驱动关节对外输出的位置和速度，进一步地，整个柔性关节通过对外输出的位置控制外部运动支链的形变量以实现输出力的大小控制，同时结合对外输出的速度实现外部运动支链的运动学和力学的柔性控制。
70.本实施例的柔性驱动方法，基于位置和速度进行闭环柔性驱动，可以精准地控制输出位置和速度，其中，结合位置偏差和速度偏差确定目标抵抗力矩，通过该目标抵抗力矩结合柔性关节的形变量产生的力矩，确定控制柔性驱动关节输出力矩的目标驱动速度，并结合目标驱动速度与当前驱动速度确定控制柔性驱动关节输出速度的速度控制量，这样该速度控制量可以同时控制柔性驱动关节的输出速度、输出力矩、输出位置，实现了力学控制与运动学控制的相结合，简化了驱动设计，保证驱动精度同时提高了驱动的执行效率，另外，柔性驱动关节在吸收冲击能量时将其转变为形变量，形变量进一步转换为力矩，这样不仅可以很好地吸收冲击能量，而且进一步基于该力矩进行运动学和力学的控制，可以柔顺地控制冲击后的运动，同时实现了力学与运动学上的柔性驱动，提高控制的稳定性，使得输出具有更好的运动顺滑性和误差宽容性，应用于按摩理疗应用场景时，可以更加真实地模拟模拟人手的按摩手法，保护用户安全的同时，大大改善用户的体验。
71.在一个实施例中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩包括：基于柔性驱动关节的输入角度和输出角度获取当前力矩τ：
72.τ＝ks(θ
m-θ
out
)
73.其中，ks为柔性驱动关节的刚度，θm为输入角度，θ
out
为输出角度。
74.具体地，本实施例的柔性驱动关节中的柔性联动器采用例如旋转扭簧、平面弹簧等能够产生平面扭矩的弹性组件，其形变量可以通过柔性驱动关节的输入、输出角度获取，结合整个柔性驱动关节的刚度就可以获取柔性驱动关节形变产生的力矩。
75.示例性地，如图4和图5所示，该弹性组件123采用旋转扭簧1230，旋转扭簧1230可以包括第一扭簧1231、第二扭簧1232以及与该第一扭簧1231和该第二扭簧1232串联的中间连接件1233。该第一扭簧1231的两端分别固定连接于该输入连接件121和该中间连接件1233；该第二扭簧1232的两端分别固定连接于该输出连接件122和该中间连接件1233。这样，当该输入连接件121被该驱动部件驱动以转动时，该第一扭簧1231被扭转以发生弹性形变，并通过该中间连接件1233带动该第二扭簧1232扭转以发生弹性形变，进而驱动该输出连接件122转动，从而根据该输入连接件121和该输出连接件122之间的转动角度差来获得该弹性组件123的弹性形变，以便精准地计算出该弹性组件123所产生的力矩。
76.可选地，如图4和图5所示，该中间连接件1233具有朝向该输入连接件121的第一扭簧腔12331和朝向该输出连接件122的第二扭簧腔12332，以通过该输入连接件121将该第一扭簧1231封装在该第一扭簧腔12331之内，并通过该输出连接件122将该第二扭簧1232封装在该第二扭簧腔12332之内，以防外部环境对该第一扭簧1231和该第二扭簧1232的形变产生干扰。
77.可选地，如图4和图5所示，该弹性组件123可以进一步包括第一滑接件1234和第二滑接件1235；该第一滑接件1234被设置于该中间连接件1233和该输入连接件121之间，用于将该中间连接件1233可滑动地连接于该输入连接件121；该第二滑接件1235被设置于该中间连接件1233和该输出连接件122之间，用于将该输出连接件122可滑动地连接于该中间连接件1233，以减少该中间连接件1233分别与该输入连接件121和该输出连接件122之间的滑动摩擦，提高该弹性组件123所产生的力矩计算准度。
78.对于上述示例中的弹性组件，以k1表示该第一扭簧的刚度系数，以k2表示该第二扭簧的刚度系数，则该弹性组件的刚度系数ks可以通过1/ks＝1/k1+1/k2获得。如果该输入连
接件的转动角度(即输入角度)为θm，该输出连接件的转动角度(即输出角度)为θ
out
，则该弹性组件所产生的力矩τ：
79.τ＝ks(θ
m-θ
out
)
80.可以理解的是，本实施例所提及的刚度系数k1和k2可以通过购买产品的参数或实验方式获取；本实施例所提及的输入角度θm可以但不限于通过该旋转电机内置的角度传感器来获得；本实施例所提及的输出角度θ
out
则可以但不限于通过该运动支链内置的角度传感器来获得；本实施例所计算出的力矩τ将是该运动支链与外界接触力大小的参考量，以便进行物理治疗力量的控制。
81.在一个实施例中，根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩包括：
82.根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，通过阻抗控制器确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩τd：
[0083][0084]
其中，θ
out，d
为目标输出位置，为目标输出速度，θ
out
为当前输出位置，为当前输出速度，kv、cv为阻抗控制器的阻抗参数。
[0085]
具体地，本实施例的阻抗控制器通过上述公式模型确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩，通过力学分析可知，柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩大小与两端的位置偏差、速度偏差相关，具体关系参看上述公式，其中，kv具体为阻抗控制器中位置偏差对应的刚度系数，cv为阻抗控制器中速度偏差对应的阻尼系数，上述阻抗控制器中的阻抗参数可以根据实际应用场景进行调整，以分别改变位置偏差、速度偏差与目标抵抗力矩之间的关系，从而调整柔性驱动关节的驱动。
[0086]
在一个实施例中，通过调节柔性驱动关节的阻抗参数，控制柔性驱动关节对外输出的作用力。
[0087]
具体地，本实施例通过调节柔性驱动关节的阻抗参数，调节柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩，从而控制柔性驱动关节对外输出的力矩，以实现控制柔性驱动关节对外输出的作用力，如此，可以满足不同的应用场景下对于作用力的要求，大大增加适用范围。
[0088]
在一个实施例中，提供了一种柔性并联机器人控制方法，其中，参看图3和图11，柔性并联机器人至少包括多个柔性驱动关节10、并联机构、动平台40，并联机构包括多个运动支链20，每一柔性驱动关节10经对应运动支链20与动平台40连接，可选地，柔性驱动关节10固定于静平台30上，柔性驱动关节10可以包括驱动部件11、柔性联动器12、传动器13，运动支链20可以包括输入连杆21、输出连杆22、第一铰接组件23、第二铰接组件24。
[0089]
本实施例通过基于上述任意一种实施例的柔性驱动方法的柔性驱动控制模型控制上述柔性并联机器人，参看图6和图7，该方法包括：
[0090]
a100：根据输入指令中动平台的目标运动轨迹和目标运动速度，获取每一柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度，并且根据动平台的当前运动轨迹和当前运动速度，获取每一柔性驱动关节的当前输出位置和当前输出速度；
[0091]
具体地，本实施例通过输入指令控制整个柔性并联机器人工作，输入指令中至少包括有动平台的目标运动轨迹和目标运动速度，目标运动轨迹为多个柔性驱动关节经对应
运动支链驱动动平台运动的综合轨迹，目标运动速度为多个柔性驱动关节经对应运动支链驱动动平台运动的综合速度，基于整个柔性并联机器人的逆运动学模型，可以将目标运动轨迹转换为各个柔性驱动关节对应的目标输出位置，将目标运动速度转换为各个柔性驱动关节对应的目标输出速度。
[0092]
具体地，本实施例获取动平台该的当前运动轨迹和当前运动速度，该当前运动轨迹为动平台的实际运动轨迹，当前运动速度为动态的实际运动速度，在第一种实施方式中，可以通过柔性并联机器人动平台上的传感器直接获取，传感器例如光电传感器、电磁传感器、电位器等，并基于整个柔性并联机器人的逆运动学转换为每一柔性驱动关节的当前输出位置和当前输出速度，在第二种实施方式中，通过柔性驱动关节处的传感器直接获取当前输出速度和当前输出速度，在第三实施方式中，在柔性并联机器人控制输出时会根据各个柔性驱动关节输出通过其并联机构正运动学转换输出当前运动轨迹和当前运动速度，以确定当前动平台的控制情况，基于此，可以基于该输出的当前运动轨迹和当前运动速度通过柔性并联机器人的逆运动学模型转换为每一柔性驱动关节的当前输出位置和当前输出速度。
[0093]
进一步地，本实施例的柔性并机器人的逆运动学模型和正运动学模型可以通过在实际应用场景下对具体结构进行运动学分析获取，不同的具体结构对应的模型不同，可以根据实际情况需要进行调整，本实施例对此不作具体限定。
[0094]
a200：根据目标输出位置、目标输出速度、当前输出位置、当前输出速度，分别通过柔性驱动控制模型输出控制每一柔性驱动关节的驱动部件，以驱动多个运动支链控制动平台。
[0095]
具体地，本实施例根据各个柔性驱动关节的目标输出位置、目标输出速度、当前输出位置、当前输出速度，通过单关节的柔性驱动控制模型输出控制各个柔性驱动关节的驱动部件，其中，该柔性驱动控制模型基于上述任意一种实施例的柔性驱动方法中的步骤进行柔性驱动关节的柔性驱动，具体详细说明参看上述该方法对应的说明，在此不再赘述。
[0096]
本实施例通过对各个柔性驱动关节的柔性驱动，经运动支链带动动平台运动学和力学的柔性控制，具体可以实现柔性力控、运动自适应控制，其中，基于运动轨迹和运动速度进行闭环柔性驱动，可以精准地控制运动轨迹和速度，机器人运动轨迹和运动速度经逆运动学转化为各个柔性驱动关节的位置和速度，结合位置偏差和速度偏差确定目标抵抗力矩，通过该目标抵抗力矩结合柔性关节的形变量产生的力矩，确定控制柔性驱动关节输出力矩的目标驱动速度，并结合目标驱动速度与当前驱动速度确定控制柔性驱动关节输出速度的速度控制量，这样该速度控制量可以同时控制柔性驱动关节的输出速度、输出力矩、输出位置，实现了力学控制与运动学控制的相结合，简化了驱动设计，保证驱动精度同时提高了驱动的执行效率，另外，柔性驱动关节在吸收冲击能量时将其转变为形变量，形变量进一步转换为力矩，这样不仅可以很好地吸收冲击能量，而且进一步基于该力矩进行运动学和力学的控制，可以柔顺地控制冲击后的运动，同时实现了力学与运动学上的柔性驱动，提高控制的稳定性，使得输出具有更好的运动顺滑性和误差宽容性，应用于按摩理疗应用场景时，可以更加真实地模拟模拟人手的按摩手法，保护用户安全的同时，大大改善用户的体验。
[0097]
在一个实施例中，还包括：通过调节柔性驱动控制模型中每个柔性驱动关节的阻
抗参数，控制动平台与外界接触的作用力。具体地，本实施例通过调节各个柔性驱动关节的阻抗参数，调节各个柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩，从而控制各个柔性驱动关节对外输出的力矩，经运动支链带动动平台，控制动平台处与外界接触的相互作用力，如此，可以满足不同的应用场景下对于作用力的要求，大大增加适用范围，应用于按摩理疗应用场景时，可以大大满足不同用户的需求，并且更加安全。
[0098]
在一个实施例中，目标运动轨迹至少包括指揉运动轨迹、指压运动轨迹、拔筋运动轨迹中的一种或多种；指揉运动轨迹为以一作用点为圆心作固定圆周运动或平面螺旋运动或空间螺旋运动；指压运动轨迹为沿一作用面的垂直方向作直线或曲线运动；拔筋运动轨迹为沿一作用面的表面作直线或曲线运动。
[0099]
具体地，本实施例的目标运动轨迹用于实现多种理疗按摩手法，例如指揉手法、指压手法、拔筋手法等，对应目标运动轨迹包括指揉运动轨迹、指压运动轨迹、拔筋运动轨迹等。
[0100]
参看图8，本实施例的指揉运动轨迹以一固定点为按摩点，并绕按摩点作固定圆周运动或平面螺旋运动或空间螺旋运动，固定圆周运动可以指揉一圈或者多圈，同时可以包括顺时针或逆时针的一种或者两种方式的结合，平面螺旋运动可以由内向外指揉，也可以由外向内指揉，可以指揉一圈或者多圈，同时可以包括顺时针或逆时针的一种或者两种方式的结合，空间螺旋运动由上往下指揉且指揉半径收缩，可以指揉一圈或者多圈，同时可以包括顺时针或逆时针的一种或者两种方式的结合。上述这些指揉运动轨迹同时配合改变指揉速度大小、力度大小，实现指揉手法。
[0101]
参看图9，本实施例的指压运动轨迹沿一按摩面的垂直方向进行直线或曲线运动，直线运动可以沿垂直方向上下运动作用于按摩面，可以是不同的按压距离，曲线运动以某一个曲线作用于按摩面，该曲线通常适用于凹陷的按摩面，可以是不同的按压深度和不同的按压曲率半径。上述这些指压运动轨迹同时配合改变指压速度大小、力度大小，实现指压手法。
[0102]
参看图10，本实施例的拔筋运动轨迹沿一按摩面的表面作直线或曲线运动，直线运动可以以水平方向左右或前后运动作用于按摩面的表面，可以是不同的移动距离，曲线运动可以以某一个曲线作用于按摩面的表面，该曲线通常适用于凸出的按摩面，可以是不同的移动距离和不同的按压曲率半径。上述这些拔筋运动轨迹同时配合改变拔筋速度大小、力度大小，实现拔筋手法。
[0103]
进一步，为了准确地描述不同手法对应的目标运动轨迹，以柔性并联机器人与外部接触的切平面和法线方向定义一个局部坐标系{o-x，y，z}，不同的手法将在该坐标系里描述，具体针对每一种手法，都可以设定在{o-x，y，z}坐标系里面的不同运动曲线进行描述，并且可以设定沿z轴方向的压力大小，以描述柔性并联机器人与外部接触的相互作用力。
[0104]
需要说明的是，上述目标运动轨迹可以根据实际的需要进行更改，以适用于不同场景不同用户的需求。
[0105]
现结合一具体场景中的柔性并联机器人对上述实施例的过程进行说明，但不仅限于此。
[0106]
本实施例的柔性并联机器人应用于理疗按摩场景，用以模拟各种物理治疗的按摩
手法，包括指压，指揉，拨筋等手法，其中，参看图3和图11，柔性并联机器人至少包括多个柔性驱动关节10、并联机构、动平台40，并联机构包括多个运动支链20，每一柔性驱动关节10经对应运动支链20与动平台40连接，可选地，柔性驱动关节10固定于静平台30上，柔性驱动关节10可以包括驱动部件11、柔性联动器12、传动器13，运动支链20可以包括输入连杆21、输出连杆22、第一铰接组件23、第二铰接组件24。
[0107]
参看图7，上述柔性并联机器人的控制过程为：
[0108]
输入柔性并联机器人的控制指令，根据控制指令获取动平台的目标运动轨迹和目标运行速度trd,并且根据控制指令设置每个柔性驱动关节中的阻抗控制器参数，设定动平台和外界接触的相互作用力。
[0109]
通过柔性并联机器人的逆运动学模型将目标运动轨迹和目标运行速度trd,转化为每个柔性驱动关节的输入指令，输入指令包括柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度θ
out,d
,基于目标输出位置和目标输出速度θ
out,d
,通过柔性驱动控制模型分别输出控制对应柔性驱动关节的驱动部件，对应输出位置和速度θ
out
,并通过柔性并联机器人的正运动学模型转化输出为动平台的运动轨迹和速度，实现整个柔性并联机器人的运动学控制和力学控制。
[0110]
在柔性驱动控制模型中，根据每个柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度θ
out,d
,以及当前柔性驱动关节输出的当前输出位置和当前输出速度θ
out
,通过pd阻抗控制器输出柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩再根据目标抵抗力矩τd和柔性驱动关节形变产生的力矩τ＝ks(θ
m-θ
out
)，通过pi力矩控制器输出柔性驱动关节驱动部件的目标驱动速度最后根据目标驱动速度和当前驱动速度通过pi速度控制器输出速度控制量给柔性驱动关节的驱动部件，从而实现柔性驱动关节的闭环控制并对外输出位置和速度。
[0111]
在上述柔性并联机器人的控制指令执行过程中，通过柔性驱动控制模型实时当前输出情况调整控制过程，直至达到控制指令中目标值，实现了柔性力矩控制、运动自适应控制，其中，基于运动轨迹和运动速度进行闭环柔性驱动，不仅可以精准地控制动平台的输出，而且可以更好地吸收冲击能量，在吸收冲击能量之后还可以良好地控制动平台的运动，同时实现了力学与运动学上的柔性驱动，使得输出具有更好的运动顺滑性和误差宽容性，另外，将力学控制与运动学控制相结合，简化了驱动设计，保证驱动精度同时提高了驱动的执行效率，在理疗按摩的应用场景上，更加真实地模拟模拟人手的按摩手法，保护用户安全的同时，大大改善用户的体验。
[0112]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0113]
基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的柔性驱动方法的柔性驱动装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个柔性驱动装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于柔性驱动方法的限定，在此不再赘述。
[0114]
在一个实施例中，如图12所示，提供了一种柔性驱动装置，包括：
[0115]
获取模块1，用于获取柔性驱动关节的目标输出位置和目标输出速度、以及当前输出位置和当前输出速度；
[0116]
阻抗控制器2，用于根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩；
[0117]
力矩控制器3，用于根据柔性驱动关节的当前力矩与目标抵抗力矩之间的偏差，确定柔性驱动关节的目标驱动速度，其中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩；
[0118]
速度控制器4，用于根据柔性驱动关节的当前驱动速度与目标驱动速度之间的偏差，确定柔性驱动关节的速度控制量，并基于速度控制量控制柔性驱动关节的驱动部件。
[0119]
在一个实施例中，基于柔性驱动关节的形变量获取当前力矩包括：
[0120]
基于柔性驱动关节的输入角度和输出角度获取当前力矩τ：
[0121]
τ＝ks(θ
m-θ
out
)
[0122]
其中，ks为柔性驱动关节的刚度，θm为输入角度，θ
out
为输出角度。
[0123]
在一个实施例中，根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩包括：
[0124]
根据目标输出位置和当前输出位置之间的偏差、目标输出速度和当前输出速度之间的偏差，通过阻抗控制器确定柔性驱动关节产生的目标抵抗力矩τd：
[0125][0126]
其中，θ
out，d
为目标输出位置，为目标输出速度，θ
out
为当前输出位置，为当前输出速度，kv、cv为阻抗控制器的阻抗参数。
[0127]
在一个实施例中，力矩控制器通过调节柔性驱动关节的阻抗参数，控制柔性驱动关节对外输出的作用力。
[0128]
上述柔性驱动装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0129]
在一个实施例中，提供了一种柔性并联机器人，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，参看图11，柔性并联机器人至少包括多个柔性驱动关节10、并联机构、动平台40，并联机构包括多个运动支链20，每一柔性驱动关节10经对应运动支链20与动平台40连接，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中任意一种柔性驱动方法。具体详细说明参看方法对应的说明，在此不再赘述。
[0130]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中任意一种柔性驱动方法。具体详细说明参看方法对应的说明，在此不再赘述。
[0131]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以
通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
[0132]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0133]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。