一种机械臂的摆位控制方法、系统、机器人及存储介质与流程

1.本发明涉及机械臂自动化控制领域，特别涉及一种机械臂的摆位控制方法、系统、一种机器人及一种存储介质。


背景技术：

2.相关器械在使用前，需要使用者调整器械的机械臂的水平方向和垂直方向的初始位置，目前在现有技术中，机械臂的调整方式主要是通过按下器械上的释放按钮后，使用者通过手动调整的方式调整机械臂所处位置的水平方向和垂直方向。但通过这样的调整方式，使用者的操作繁琐且摆位精准度低，同时安全性较差且需要记录水平与垂直方向位置时，只能通过观察刻度来记录，人为误差较大。
3.因此，如何使机械臂的控制更精准且操作更为人性化成为了本领域人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种机械臂的摆位控制方法、系统、一种机器人及一种存储介质，能够保证机械臂控制的精准度，并使得操作方案更加人性化。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种机械臂的摆位控制方法，包括：获取控制机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令；根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；获取床体的当前位置；其中，床体用以承载待处理目标物，且床体位于机械臂的一侧；根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
6.可选地，根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径，包括：根据预设位置对当前位置执行逆运动学计算，得到机械臂变换至当前位置的移动路径。
7.可选地，计算机械臂的移动路径，包括：获取机械臂的操作空间；其中，机械臂的操作空间与床体不相交；在操作空间内求解机械臂变换至当前位置的移动路径。
8.可选地，还包括：获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置；相应的，根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径，包括：根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径。
9.可选地，还包括：获取释放按键传输的释放信号；其中，释放按键用于控制伸缩臂的电磁刹车释放，伸缩臂和机械臂的基座相连；
根据释放信号控制电磁刹车释放，以实现人工调节伸缩臂的位置，进而改变机械臂的位置。可选地，根据释放信号控制电磁刹车释放之前，还包括：判断机械臂是否处于运行状态；若是，则不响应释放信号；若否，则根据释放信号控制电磁刹车释放。
10.可选地，根据释放信号控制电磁刹车释放之后，还包括：获取用以控制电磁刹车抱紧的抱紧信号；根据抱紧信号控制电磁刹车抱紧。
11.为解决上述问题，本发明还提供了一种，机械臂的摆位控制系统，包括：预设运动控制模块：用于根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；当前位置获取模块：用于获取床体的当前位置；移动路径计算模块：用于根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；摆位操作控制模块：用于控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
12.本发明还提供一种机械臂的摆位控制系统，包括：控制指令获取模块：用于获取控制机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令；预设运动控制模块：用于根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；当前位置获取模块：用于获取床体的当前位置；其中，床体用以承载待处理目标物，且床体位于机械臂的一侧；移动路径计算模块：用于根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；摆位操作控制模块：用于控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
13.本发明还提供一种机器人，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时实现如上述机械臂的摆位控制方法的步骤。
14.本发明还提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如上述机械臂的摆位控制方法的步骤。
15.相对于上述背景技术，本发明提供一种机械臂的摆位控制，包括：获取控制机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令，根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；获取床体的当前位置；根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
16.可见，在实际应用中，采用本发明的方案，可以首先获取控制机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令；再根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；然后获取床体的当前位置；根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；最后控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
17.本技术先采集机械臂移动到预设位置时的位移数据，再获取床体当前位置的数据，在机器运行期间床体和机械臂之间要保持一定的相对位置关系，根据床体的当前位置和机械臂所在的预设位置信息计算机械臂的移动路线，按照械臂的路线控制机移动并且可以准确记录机械臂当前的位置数据，提高摆位的准确性并使操作更加人性化。
18.本发明还提供了一种机械臂的摆位控制系统、一种机器人及一种存储介质，具有上述有益效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例所提供的一种机械臂的摆位控制方法的步骤流程图；图2为本发明实施例所提供的机械臂的摆位控制系统的原理图；图3为本发明实施例所提供的机械臂台车初始状态示意图；图4为本发明实施例所提供的机械臂水平垂直方向运动极限状态示意图；图5为本发明实施例所提供的机械臂的摆位控制系统的总流程图；图6为本发明实施例所提供的一种机械臂的摆位控制系统的结构框图。
21.其中，1为机械臂，2为升降立柱，3为伸缩臂，4为垂直方向位移传感器位置，5为水平方向位移传感器位置，6为台车，7为释放按钮； x为伸缩臂位移极限位置（水平方向），y为升降立柱位移极限位置（垂直方向）。
具体实施方式
22.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，都属于本发明保护的范围。
23.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。
24.下面请参见说明书附图1，图1为本技术实施例所提供的一种机械臂的摆位控制方法的流程图，包括：步骤1：获取机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令；其中上述控制指令通过人机交互装置设置机械臂位移参数，通过控制系统下发位移控制指令。
25.本实施例可以应用于机械臂的控制设备，通过规划机械臂的移动路径实现机械臂的摆位。上述的摆位是指：将机械臂的关节摆放至特定位置和特定姿态的过程。不同场景中的机械臂摆位具有不同的作用：例如，当机械臂需要更高位置或位姿要求时，操作人员为确保作业的精准度，需要在控制器内输入精确数据并结合调整，设定特定位置和方向。
26.具体来说，人机交互装置包括且不仅限于释放按键或触摸屏或摇杆等；上述释放按键可以安装于位于机械臂末端的滑台上，当使用者按下释放按键时，则释放按键传输释放信号，以使电磁刹车释放，当释放信号控制电磁刹车释放后，使用者可手动调节设于机械臂的基座上的伸缩臂的位置，进而实现对机械臂的位置进行调节，这种方式适用于大幅度更改机械臂位置时使用，使调整过程快速进行，后续可结合数据控制进行二次调节，后文将再重点描述。当然，人机交互装置还可包括抱紧按键，抱紧按键用以输出抱紧信号，抱紧信
号可以控制电磁刹车抱紧，当人工调节伸缩臂的位置之后，通过触发抱紧按键，重新控制电磁刹车抱紧，此时的伸缩臂则无法实现人工位置调节。
27.其中，释放信号和抱紧信号两者亦可均由释放按键发出，即当第一次按下释放按键时，则发出释放信号，当再次按下释放按键时，则可发出抱紧信号。
28.上述触摸屏可通过输入位移数据对机械臂进行精准控制，并显示机械臂的位移数据，触摸屏位于机器人台车主体上，方便使用者实时观察机械臂位移情况。
29.上述摇杆位于机械臂末端的滑台上，摇杆可控制机械臂位移，当摇杆在使用平面内可进行多方向移动时，机械臂将进行与摇杆相同方向的位移运动，这种控制方式更加直观展示位移情况，适合在长距离不计较精准的情况下进行位移。步骤2：根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；请参见说明书附图4，图4中：x为伸缩臂位移极限位置，即水平方向极限位置，y为升降立柱位移极限位置，即垂直方向极限位置；机械臂按照人为输入的控制指令移动到预设位置，采集机械臂位移数据，并将位移数据发送给上位机；上位机判断采集到的所述机械臂位移数据与预设位置数据是否一致；若否，重复上一控制指令，控制机械臂沿着预设位置继续运动；其中，预设位置为理想实施位置，具体情况还需后续分析与床体相对位置后再次调整。
30.可以看出，在控制机械臂运动的过程中，可以实时采集机械臂的位移数据，并将位移数据发送给上位机；利用上位机实时判断采集到的机械臂位移数据与预设位置数据是否一致；如果是，则表明此时机械臂的运动到位，控制机械臂停止运动；若否，则表明此时机械臂的运动尚未到位，则需要重复上一控制指令，控制机械臂沿着预设位置继续运动，直至机械臂运动到位为止。
31.步骤3：获取床体的当前位置；其中，床体用以承载待处理目标物，且床体位于机械臂的一侧；请参见说明书附图3，图3中详述了本实施例的具体位置分布，其中，机械臂1下端连接在伸缩臂3的一端，并且伸缩臂上还设置有释放按钮7。伸缩臂3的另一端连接在升降立柱2的一端，并且升降立柱2上还设置有垂直方向位移传感器4和水平方向位移传感器5。升降立柱2的另一端设置在台车6上；根据各种实施情况，默认床体位置更变，机械臂需要根据具体情况与床体呈相对位置运行，所以需要获得床体的当前位置，依据床体当前位置配合改变机械臂位置，以实现保持床体与机械臂的相对位置一直不变。
32.其中，床体所承载的待处理目标物可根据实际需要而定，例如，待处理目标物可具体为待加工毛坯、待灌装的空瓶以及待检测或待夹持的物体等，本文不再展开。
33.更进一步的，利用光学测量仪对床体的当前位置进行实时检测，当检测到床体的位姿变化时，实时反馈床体姿态变化数据，以实现实时获取床体的当前位置。上述光学测量仪可以包括光学传感器、光发送装置和光接收装置。本实施例还可以通过雷达测量仪、光学照相机等设备对床体进行实时检测，以获取床体的当前位置。
34.步骤4：根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；获得床体当前位置之后为了使实际运行时机械臂和床体保持一定的相对位置，通过算法计算出床体在当前位置时机械臂需要移动的路径。
35.步骤5：控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
36.机械臂按照计算之后的位移路径移动，精准达到最终工作位置。
37.进一步地，针对上述步骤4，根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径，包括：根据预设位置对当前位置执行逆运动学计算（逆运动学是决定要达成所需要的姿势所要设置的关节可活动对象的参数的过程），得到机械臂变换至当前位置的移动路径。并且确定机械臂的操作空间；并保证机械臂的操作空间位于床体所在平面外侧；求解机械臂变换至当前位置的移动路径在操作空间内。
38.可以看出，针对计算机械臂的移动路径的步骤，首先可获取机械臂的操作空间；其中，机械臂的操作空间与床体不相交；然后在操作空间内求解机械臂变换至当前位置的移动路径。
39.这样一来，移动路径和床体不会发生冲突，在机械臂按照移动路径运动时，床体并不影响机械臂的运动。
40.进一步地，机械臂的摆位控制方法还包括：获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置。相应的，根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径，计算依据仍选用逆运动学计算方式。
41.在这里，当人工调节机械臂的位置后，倘若还需要控制机械臂跟随床体的位置进行移动，则应在人工调节机械臂的位置之后，还包括：获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置；相应的，还应根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径，以使机械臂按照移动路径进行移动。
42.这样一来，可以将人工调节的方式和利用控制器调节的方式结合起来，增加了调节方式的多样性，有助于提升机械臂位置调节的效率和精度。
43.进一步地，当人工调节机械臂位置之后，且在控制机械臂按照移动路径执行摆位操作之前，还应确保电磁刹车处于抱紧状态；也即判断电磁刹车是否处于抱紧状态；若电磁刹车处于抱紧状态，则执行摆位操作；若电磁刹车处于释放状态，则不执行摆位操作；这样一来，能够及时获知电磁刹车的状态，以确保机械臂的正常使用。
44.进一步地，机械臂的摆位控制方法还包括：获取释放按键传输的释放信号；其中，释放按键用于控制伸缩臂的电磁刹车释放，伸缩臂连接于机械臂的基座；根据释放信号控制电磁刹车释放，伸缩臂可由人工调节，从而改变机械臂的位置。也即，当释放按钮按下时，电磁刹车得到释放，此时可以自由的移动伸缩臂（即伸缩臂可沿立柱垂直运动，机械臂的基座可以沿伸缩臂水平方向移动），这样即可改变机械臂的位置。
45.由上述，作为利用控制指令控制机械臂运动的一种补充方式，还可以采用人工调节机械臂的位置，也就是说，首先通过人工触发释放按键，释放按键传输释放信号，以使电磁刹车释放，当释放信号控制电磁刹车释放后，使用者可手动调节伸缩臂的位置，这种方式适用于大幅度更改机械臂的位置时使用，使调整过程快速进行，后续可结合数据控制进行二次调节。
46.进一步地，根据释放信号控制电磁刹车释放之前，还包括：判断机械臂是否处于运行状态；若是，则不响应释放信号；若否，则根据释放信号控制电磁刹车释放。
47.如此设置，当机械臂处于运行状态时，则不应控制电磁刹车释放，只有当机械臂停止运行时，才可控制电磁刹车释放，这样即可作为保护措施防止使用者在通电状态下移动机械臂造成器具损坏或者对人身安全造成隐患。
48.在这里，当人工调节机械臂的位置之后，还可以再次获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置。相应的，根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径，计算依据仍选用逆运动学计算方式。
49.也即，当人工调节机械臂的位置后，倘若还需要控制机械臂跟随床体的位置进行移动，则应在人工调节机械臂的位置之后，还包括：获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置；相应的，还应根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径，以使机械臂按照移动路径进行移动。
50.这样一来，可以将人工调节的方式和利用控制器调节的方式结合起来，增加了调节方式的多样性，有助于提升机械臂位置调节的效率和精度。
51.请参见说明书附图2，本技术提供了一种机械臂的摆位控制系统的原理图，其工作过程可参考上述机械臂的摆位控制方法；通过人机交互装置传输机械臂位移控制指令给微型控制单元mcu处理；当接收到机械臂位移控制命令后，此时一方面可选手动操作，将电磁刹车释放，由人工进行位移摆位，待摆位结束后对现有位置进行位移数据采集并传输至高精度位置传感器，传感器经由485通讯返回位移数据至微型控制单元mcu处理，最终由微型控制单元mcu反馈实时位移数据到人机交互界面。另一方面，当微型控制单元mcu接收机械臂位移控制指令后，可选择依靠机械臂的运动学算法精确控制，直至机械臂到预设摆位，此刻进行位移数据采集，采集数据的反馈流程与上述方式无差别。
52.请参见说明书附图5，本发明实施例所提供的机械臂的摆位控制系统的总流程图内容具体如下：首先，执行“开始”指令，进入下一步执行“系统初始化”，再进入下一步执行“机械臂术前摆位”，而后可执行“人机交互按下释放按键手动调整机械臂位置”或“人机交互设置机械臂位移参数”。
53.针对“人机交互按下释放按键手动调整机械臂位置”，进入“机械臂位置移动（xy方向）”流程，上述两步流程具体操作为通过人机交互按下释放键手动调整机械臂的位置；然后顺下执行“高精度位移传感器位移数据采集”流程和“位移数据发送给控制系统
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流程。上述两步流程具体操作为通过高精度位移传感器采集机械臂调整位置的x轴方向数据和y轴方向数据；将采集的位移数据发送至控制系统，判断位移数据与计算数据是否一致；位移数据传输到达之后系统将直接执行“实时显示机械臂位移参数”流程或者在执行“判断位移数据与计算数据是否一致”流程，即当移数据与计算数据一致时，显示机械臂的移动位置参数。若判断结果一致时执行“实时显示机械臂位移参数”流程；若判断结果不一致时，则进入“控制系统对位移数据分析”流程，调整后进入“控制系统计算机械臂需要位移的数据”流程，上述两步流程具体操作为当位移数据与计算数据不一致时，控制系统对位移数据进行分析，此刻系统流程再次转回“机械臂位置移动（xy方向）”流程，即依照更改后的数据控制机械臂移动，后再次按照上述流程顺序顺下进行，可以将这部分按一定顺序
执行的几个流程统称为主流程段。
54.针对“人机交互设置机械臂位移参数”，即进行人机交互，根据输入的数据使机械臂移动；顺序执行下一步“控制系统下发位移指令”流程，之后再进入与第一选项中相同的按照“机械臂位置移动（xy方向）”流程、“高精度位移传感器位移数据采集”流程、“位移数据发送给控制系统
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流程这个顺序进行的主流程段，然后同样位移数据传输到达之后系统将直接执行“实时显示机械臂位移参数”流程或者在执行“判断位移数据与计算数据是否一致”流程，若判断结果一致时执行“实时显示机械臂位移参数”流程；若判断结果不一致时，则再次更改数据后进入主流程段进行。此时判断位移数据与计算数据是否一致的具体实施方法是：设置机械臂x、y轴的初始位置为近端，高精度位移传感器在机械臂x、y轴的初始位置会采集到一个机械臂近端数据，同样，设置机械臂x、y轴展开至极限位置为远端，高精度位移传感器在机械臂x、y轴的极限位置会采集到一个机械臂远端数据，机械臂x、y轴的位移距离与高精度位移传感器数据变化可以通过算法计算；机械臂x、y轴位移发生变化时，高精度位移传感器采集数据也会发生变化，也即高精度位移传感器将位移数据转化模拟信号例如：电流、电压或电阻信号等；不同大小的模拟信号代表不同大小的位移数据，设备上的模拟量采集模块将模拟量转化为计算机可以识别的数字信号且不同的数字信号代表不同的位移数据。
55.举例来说：机械臂x轴在初始位置，初始位置对应得坐标为0mm，高精度位移传感器对应得电流为0ma，将模拟量0ma的电流转化为数字信号为0x0000；需要将机械臂x轴向前移动100mm，通过人机交互设定机械臂x轴移动100mm，通过算法机械臂x轴移动100mm对应得数据为0x10ff（假设高精度位移传感器采集到的模拟量为5ma时对应的数据为0x10ff），启动设备后，机械臂开始位移，但采集到数据为5ma（0x10ff），机械臂停止位移。
56.在两种选项情况下的主流程段都进行完成之后，统一进入手术床位流程，执行“手术床位置调整”流程，然后执行“采集手术床位移数据发送控制系统
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流程即获取手术床的移动参数；并继续执行“控制系统对位移数据分析”和“控制系统计算机械臂需要位移的数据”流程具体实施方法为：机械臂随手术床移动时保持机械臂与床的相对位置不发生变化，比如手术床向y轴向上移动50mm，机械臂也应向y轴向上移动50mm，即床移动的同时机械臂也一起移动；此时分析床的移动方向，移动的位移，通过算法，让机械臂也保持移动，再最后一次进入主流程段，输出结果执行“结束”流程。
57.本发明实施例还提供机械臂的摆位控制系统，其可应用于上述的机械臂的摆位控制方法，摆位控制系统的具体设置方式和工作过程亦可参考上述机械臂的摆位控制方法，机械臂的摆位控制系统的结构框图如说明书附图6所示，包括：控制指令获取模块101：用于获取机械臂沿水平方向和竖直方向运动的控制指令；其中，与上述类似地，控制指令可以是通过人机交互装置设置机械臂位移参数，并通过控制系统下发位移控制指令，人机交互装置包括释放按键或触摸屏或摇杆等；所述释放按键安装于位于机械臂末端的滑台上，所述触摸屏未于机器人台车主体上，所述摇杆位于机械臂末端的滑台上，本文此处不再展开；
预设运动控制模块102：用于根据控制指令控制机械臂运动，以使机械臂运动至预设位置；当前位置获取模块103：用于获取床体的当前位置；其中，床体用以承载待处理目标物，且床体位于机械臂的一侧；移动路径计算模块104：用于根据当前位置和预设位置计算机械臂的移动路径；摆位操作控制模块105：用于控制机械臂按照移动路径执行摆位操作。
58.进一步地，预设运动控制模块102，还用于根据释放信号控制电磁刹车释放，以实现人工调节伸缩臂（包括机械臂）的位置之后，获取机械臂的最新位置，得到更新后的预设位置。
59.相应的，移动路径计算模块104，还用于根据当前位置和更新后的预设位置计算机械臂的移动路径。
60.进一步地，预设运动控制模块102，还包括：释放单元，用于获取释放按键传输的释放信号；其中，释放按键用于控制伸缩臂的电磁刹车释放，伸缩臂和机械臂的基座相连，根据释放信号控制电磁刹车释放，以实现人工调节伸缩臂的位置，进而改变机械臂的位置。
61.进一步地，预设运动控制模块102，还用于判断机械臂是否处于运行状态；若是，则不响应释放信号；若否，则根据释放信号控制电磁刹车释放。
62.进一步地，预设运动控制模块102，还包括：抱紧单元，用以获取控制电磁刹车抱紧的抱紧信号，并根据抱紧信号控制所述电磁刹车抱紧。进一步地，移动路径计算模块104，还用于根据预设位置对当前位置执行逆运动学计算，得到机械臂变换至当前位置的移动路径。
63.进一步地，移动路径计算模块104，还用于获取机械臂的操作空间；其中，机械臂的操作空间与床体不相交；且移动路径计算模块104用以在操作空间内求解机械臂变换至当前位置的移动路径。
64.本技术还提供了一种存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（read
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only memory ，rom）、随机存取存储器（random access memory ，ram）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
65.本技术还提供了一种机器人，包括存储器、处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时实现上述机械臂的摆位控制方法的步骤。当然机器人还可以包括各种网络接口，电源等组件。
66.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
67.以上对本发明所提供的机械臂的摆位控制方法、系统、机器人及存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改
进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。