[發明專利]基于鼠標的機器人位姿控制方法、系統、裝置及介質

在審

• 申請號: 202110240493.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113119106A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 祝潤澤;高燕;黃昕
• 申請（專利權）人: 廣州機械科學研究院有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 常柯陽

1.一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取鼠標的位姿數據，所述鼠標安裝在機器人的末端；

對所述位姿數據進行濾波處理，獲得控制信號；

將所述控制信號輸入三層PID控制器，輸出處于鼠標坐標系下離散的第一位置坐標點；

對所述第一位置坐標點進行坐標系轉換，獲得機器人坐標系下的第二位置坐標點；

根據所述第二位置坐標點控制機器人的各關節的運動；

所述位姿數據包括x軸、y軸和z軸三個方向的移動量，以及環繞x軸、v軸和z軸三個方向的旋轉量。

2.根據權利要求1所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述對所述位姿數據進行濾波處理，獲得控制信號，包括：

結合FIR濾波和卡曼濾波對所述位姿數據進行濾波處理，獲得控制信號。

3.根據權利要求2所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述FIR濾波的表達式為：

所述卡曼濾波的表達式為：

Y_k＝GX_k+(1-G)Y_k-1

其中，k為時間節點；U_k為鼠標輸入數據；X_k為FIR濾波結果；n為FIR序列數量；Y_k為卡曼濾波預測值輸出；G為卡曼濾波系數。

4.根據權利要求1所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述三層PID控制器的第一層為位置環控制，所述三層PID控制器的第二層為速度環控制，所述三層PID控制器的第三層為加速度環控制；

所述控制信號均輸入所述第一層和所述第二層，所述第一層輸出速度參考值至所述第二層，所述第二層輸出加速度參考值至所述第三層。

5.根據權利要求4所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述第一層對所述控制信號進行以下操作：

所述控制信號經過取符號操作轉換成1或-1的信號，根據所述1或-1的信號獲取Bang-Bang信號；

所述Bang-Bang信號通過放大系數進行放大后，獲得位置信號作為位置控制的參考值；

根據所述參考值和實際位置信號獲取位置誤差；

所述位置誤差經過位置環PID控制器后，獲得速度參考值，將所述速度參考值輸入所述第二層。

6.根據權利要求5所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述第二層對所述控制信號進行以下操作：

根據預設范圍，去除所述控制信號中不符合要求的數據，對剩余的數據取絕對值；

根據預設置的最大放大系數對取絕對值的信號進行放大；

將放大后的信號分成正限制信號和負限制信號，其中，正限制信號的極值限制保留不變，負限制信號的極值限制乘以-1，兩路信號構成對稱的正負限制信號；

將兩路信號與所述速度參考值進行比較，超過速度限制的所述速度參考值被限制在速度極值上，保證通過鼠標控制的機器人的速度不會超過最大速度限制；

經過極值限制的速度參考值與實際速度進行比較，獲得速度誤差；

所述速度誤差經過速度環PID控制器后，獲得加速度參考值，將所述加速度參考值輸入所述第三層。

7.根據權利要求6所述的一種基于鼠標的機器人位姿控制方法，其特征在于，所述第三層對輸入的信號進行以下操作：

將所述加速度參考值與預設的加速度正限制和加速度負限制進行比較，確保加速度參考值限制在加速度正限制和加速度負限制之間；

限制后的加速度參考值與實際加速度進行比較，獲得加速度誤差；

所述加速度誤差經過加速度環PID控制器后，獲得加加速度參考值；

采用預設的加加速度限制對所述加加速度參考值進行限制處理；

對限制處理后的加加速度限制進行積分處理，獲得軌跡加速度；

對所述軌跡加速度進行積分處理，獲得軌跡速度；

對所述軌跡速度進行積分處理，獲得軌跡位置，作為所述第一位置坐標點。