一种机器人控制方法、装置、系统及电子设备、存储介质

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种机器人控制方法、装置、系统及电子设备、存储介质。

背景技术

在工业生产、科学实验等活动中，很多抓取操作由机器人操作完成，以减小人工的工作量和劳动强度。

机器人夹爪是最常见的末端执行器类型，它是装在工业机器人手臂上直接抓握工件或执行作业的部件，具有夹持、运输、放置工件到某一个位置的功能。从形态上来看，夹爪可以是像人手那样具有手指，比如三指、五指产品，也可以是不具备手指的手掌，比如平行两指夹子；可以是类人的抓手等。其抓手大概有磁性抓手，真空抓手，机械抓手，类人机器手和黏附式抓手。从驱动方式来说，可以分为液压驱动、气压驱动及电力驱动3种。气动与液压等装置的体积较大，成本也比较高，不易集成处理，且反应时间较长。

然而现有的夹爪难以实现对微纳米物体进行精准抓取和放置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人控制方法、装置、系统及电子设备、存储介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人控制方法，方法应用于机器人控制系统中的控制机构，机器人控制系统还包括机器人和动态电压调节器3；机器人的执行末端上设有压电准晶涂层；动态电压调节器3的一端与压电准晶涂层电性连接，另一端与控制机构连接；方法包括：

控制执行末端移动至初始位置；

控制动态电压调节器增大输出电压，以使压电准晶涂层产生吸附力直至将物体抓取；

根据预设的运行轨迹，控制机器人运行以使执行末端夹取物体移动至终点位置；

控制动态电压调节器减小输出电压，以减小压电准晶涂层产生吸附力直至将物体释放至目标位置。

结合第一方面，控制动态电压调节器增大输出电流，以使压电准晶涂层产生吸附力直至将物体抓取的步骤，包括：

控制动态电压调节器逐步增大输出电压，以渐次增大压电准晶涂层产生的吸附力。

结合第一方面，控制动态电压调节器减小输出电压，以减小压电准晶涂层产生的吸附力直至将物体释放至目标位置的步骤还包括：

控制动态电压调节器逐步减小输出电压，以渐次减小压电准晶涂层产生的吸附力。

结合第一方面，压电准晶涂层为一维六方压电准晶涂层。

结合第一方面，控制执行末端移动至初始位置的步骤之前，还包括：

获取待抓取物体的当前位置和目标位置；

根据当前位置和目标位置，规划机器人的运行轨迹；运行轨迹包括执行末端的初始位置和终点位置。

结合第一方面，根据当前位置和目标位置，规划机器人的运行轨迹；运行轨迹包括执行末端的初始位置和终点位置的步骤包括：

确定当前位置上方预设高度的第一位置为初始位置；

同时，确定当前位置上方预设高度的第二位置为终点位置。

第二方面，本申请提供一种机器人控制装置，应用于机器人控制系统中的控制机构，机器人控制系统包括机器人和动态电压调节器；机器人的执行末端上设有压电准晶涂层；动态电压调节器的一端与压电准晶涂层电性连接，另一端与控制机构连接；该装置包括：

移动模块，用于控制执行末端移动至初始位置；

拾取模块，用于控制动态电压调节器增大输出电压，以使压电准晶涂层产生吸附力直至将物体抓取；

运行模块，用于根据预设的运行轨迹，控制机器人运行以使执行末端夹取物体移动至终点位置；

释放模块，用于控制动态电压调节器减小输出电压，以减小压电准晶涂层产生吸附力直至将物体释放至目标位置。

第三方面，本申请提供一种机器人控制系统，包括控制机构、机器人和动态电压调节器；机器人的执行末端上设有压电准晶涂层；动态电压调节器的一端与压电准晶涂层电性连接，另一端与控制机构连接；控制机构还与机器人连接；控制机构用于执行如上述的方法。

第四方面，本申请提供一种电子设备，电子设备包括存储器以及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行上述的方法。

第五方面，本申请提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求上述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：本申请提供的机器人控制方法，在机器人的末端执行器上设有压电准晶涂层，通过动态电压调节器3输出电压改变，输入至压电准晶涂层的施加电流改变，这样可以改变压电准晶涂层产生的吸附力大小，配合机器人的运动，可以实现对微纳米物体以及薄片物体的抓取和放置，以提高抓取的精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的机器人末端执行器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机器人控制方法流程图；

图3为本发明实施例提供的机器人控制方法执行物体拾取、移动、释放过程示意图；

图4为本发明实施例提供的机器人控制装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的机器人控制系统中信号传递示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

附图标记：

1-机器人、2-控制机构、3-动态电压调节器、4-压电准晶涂层；

10-移动模块、20-拾取模块、30-运行模块、40-释放模块；

130-处理器、131-存储器、132-总线、133-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。

为了便于对本实施例进行理解，下面先对本申请设计的技术用语进行简单介绍。

准晶是一种新的固体结构，既不同于晶体也不同于非晶体。由于其很多优良性质，如耐腐蚀性，低导热性，低摩擦系数，高硬度和高耐磨性等，准晶被越来越多地应用到表面改性和复合材料中。

压电准晶，即具有压电效应的准晶，准晶的压电效应是由声子场和相位子场同时激发的，电场对压电准晶相位子场有显著的影响。

在介绍了本申请涉及的技术用语后，接下来，对本申请实施例的应用场景和设计思想进行简单介绍。

然而现有的夹爪难以实现对微纳米物体进行精准抓取和放置，使得机器人抓取精度不理想，较难精准拾取微纳米物体。

基于此本申请实施例提供一种机器人控制方法、装置、系统及电子设备、存储介质，以提高抓取精度、精准拾取微纳米物体。

实施例1

本申请提供一种机器人1控制方法，该方法应用于机器人1控制系统中的控制机构2，机器人1控制系统还包括机器人1和动态电压调节器3；结合图1所示，机器人1的执行末端上设有压电准晶涂层4；动态电压调节器3的一端与压电准晶涂层4电性连接，另一端与控制机构2连接，动态电压调节器3受控制机构2控制调整输出电压，以调整输入至压电准晶涂层4的电流量，进而调整压电准晶涂层4产生的吸附力。

结合图2所示，该方法包括：

S110，控制执行末端移动至初始位置。

S120，控制动态电压调节器增大输出电压，以使压电准晶涂层产生吸附力直至将物体抓取。

S130，根据预设的运行轨迹，控制机器人运行以使执行末端夹取物体移动至终点位置。

S140，控制动态电压调节器减小输出电压，以减小压电准晶涂层4产生吸附力直至将物体释放至目标位置。

在本申请中，基于压电准晶涂层4受输入电流量的影响会产生不同的吸附力这一特性，将压电准晶涂层4设于机器人1的执行器末端，在拾取物体状态下，通过增大动态电压调节器3的输出电压，以实现增大输入压电准晶涂层4的电流量，从而增大吸附力将物体拾取，之后移动至终点位置后减小输入至压电准晶涂层4的电流量以将物体释放。这样，可以实现对微纳米物体的吸附、拾取、转移和释放，有利于提高机器人1物体拾取精度。

结合第一方面，步骤S120具体包括：控制动态电压调节器3逐步增大输出电压，以渐次增大压电准晶涂层4产生的吸附力。

具体的，准晶材料由于其独特的原子排列结构而具有很多优越的性质，如抗表面氧化性、低导热性、低表面能、低摩擦系数、耐磨损、优异的弥散强化特性、高硬度、高弹性模量、高温塑性、高热阻、抗氧化、高电阻、耐腐蚀性、低摩擦系数和特殊的光学性能.它在航空航天、新能源、光学、声学、金属成形等诸多科技领域具有广阔的应用前景。由于准晶体是脆性材料，且在常温下极易受损，所以不能直接作为结构部件使用，但是可以作为附着于特定基底的准晶涂层或准晶薄膜材料使用，结合图3所示，设有压电准晶涂层4的机器人1末端抓取物体前、抓取物体时以及释放物体的状态，可知，在对设有压电准晶涂层4的执行末端施加较小电流所产生的吸附力不足以吸附起物体，随着施加的电流量的增大，使得执行器末端吸附力增大，此时，将物体吸附并移动至目标位置后，再通过减小施加的电流减小吸附以释放物体至目标位置。

通过研究发现压电准晶材料在电流密度的作用下，其表面的吸附力变化明显，因此，逐步增大动态电压调节器3输出电压，以渐次增大压电准晶涂层4产生吸附力，在将物体吸附脱离承载表面(如桌面、地面等用于承载物体的表面)即可停止增大动态电压调节器3输出电压，保持当前施加于压电准晶涂层4的电流量即可维持抓取状态，这样可以减小不必要的能源浪费。

结合第一方面，步骤S140控制动态电压调节器减小输出电压，以减小压电准晶涂层产生吸附力直至将物体释放至目标位置的步骤，还包括：

控制动态电压调节器逐步减小输出电压，以渐次减小压电准晶涂层产生吸附力。

同样的，渐次减小压电准晶涂层4产生的吸附力以逐步将物体缓慢释放，由于物体是微米级的，若将动态电压调节器3的输出电压瞬间减小至零，物体释放时物体相当于在目标位置的正上方将物体抛下，物体滚动不利于精准释放物体。

结合第一方面，压电准晶涂层4为一维六方压电准晶涂层4。

准晶材料具有独特的物理结构和优越的力学性能，其中压电效应是准晶材料重要的物理性质之一，由于准晶中相位子场的存在，导致准晶压电性能比传统晶体要复杂得多。

一维六方准晶体具有低摩擦系数，高耐磨性和高稳定性等优良特性。在本申请中以一维六方准晶体为压电准晶涂层4的制备材料，可以在实现通过施加电流量改变以改变吸附力的前提下，还具有较好的低摩擦系数、高耐磨性和高稳定性等优良特性，以提高机器人1末端执行器的使用寿命。

结合第一方面，S110控制执行末端移动至初始位置的步骤之前，还包括：

S100，获取待抓取物体的当前位置和目标位置。

S101，根据当前位置和目标位置，规划机器人1的运行轨迹；运行轨迹包括执行末端的初始位置和终点位置。

其中，作为一种可实施的方式，通过获取预设的当前位置和目标位置对应的点坐标，之后根据当前位置和目标位置对应的点坐标，规划机器人1的运行轨迹；

作为另一种可实施的方式，该机器人1控制系统中还包括拍摄机构，该拍摄机构包括智能相机，通过拍摄待拾取物体的照片和工作环境照片，基于现有技术中的九点标定法计算出机器人1末端执行器、机器人1本体、物体、相机坐标系、目标位置点之间的转换矩阵，并根据各转换矩阵的换算关系，规划得到机器人1末端执行器的运行轨迹。通过机器识别、计算、规划的方式可以提高数据处理的精度、准确性。此为现有技术常用技术手段，在此不加以限定。

其中，根据当前位置和目标位置，规划机器人的运行轨迹；运行轨迹包括执行末端的初始位置和终点位置的步骤包括：

确定当前位置上方第一预设高度的第一位置为初始位置；

同时，确定当前位置上方第二预设高度的第二位置为终点位置；

其中，第二预设高度小于或等于第一预设高度。

在本实施例中，由于压电准晶涂层4产生吸附力，为了准确的判断何时可以将物体吸附起来，设有该压电准晶涂层4的末端执行器应设置在该物体的上方第一预设高度处，当物体被吸附脱离承载面时即可停止继续增加的动态电压调节器3的输出电压，保持当前输出电压即可，这样维持输入至压电准晶涂层4的电流量稳定且足以将该物体吸附，可以有效避免能源浪费、避免作无用功。因此，将物体的当前位置上方第一预设高度的第一位置确定为末端执行器的初始位置。且物体本身是具有一定的高度的，而物的体当前位置是基于物体的底面确定的。因此在确定末端执行器的初始位置H

同样的，在释放物体时，末端执行器的终点位置H

进一步的，为了提高物体拾取的自动化程度，可以预先根据物体的参数计算应施加于压电准晶涂层4的电流量，进而计算到动态电压调节器3的目标输出电压。这样当动态电压调节器3的当前输出电压等于目标输出电压时即可将物体吸附起来，此时保持当前目标输出电压即可。这样就不需要人工观测物体是否被吸附起来，然后控制动态电压调节器3保持当前输出电压再启动机器人1以移动被吸附物体，可以减小人工劳动量，进一步提高自动化程度。

作为可实施的方式可基于接触力学、接触算法进行计算。其中，接触力学是指可变形的固体相互接触时在接触区的相互作用情况。在弹性力学一般解的基础上，通过计算频率响应函数来求得频率影响系数(FRFs-ICs)，再采用DC-FFT算法来求解卷积问题是快速有效的。DC-FFT算法通过遵循循环卷积形式的有限序列离散卷积定理来评估响应，并有效地执行傅里叶变换(FFT)和傅里叶逆变换(IFFT)，进而得到弹性系统的形变与力学响应。

这样，基于Maugis-Dugdale(MD)模型黏附接触理论，结合上述DC-FFT算法和黏附驱动的共轭梯度法，可得到对于一维六方压电准晶材料黏附力与电场的相互影响关系，进而通过调节电流来控制黏附力进行抓取。通过接触力学实现压电准晶材料作为抓手材料的应用，将使得抓手对于微纳米物体进行更精准抓取与放置。具体的，获取材料参数(包括压电准晶涂层4的表面参数、待拾取物体的表面参数)、载荷参数(如待拾取物体的质量等)、黏附参数、预设收敛精度，基于上述参数计算无量纲参数，以确定压电准晶涂层4的吸附力实施区域、轮廓仪以及初始压力。在基于Dugdale假设，利用严格算子理论和Almansi定理以及边界条件确定该压电准晶涂层4弹性场的基本解，并计算频率影响系数。此后利用DC-FFT算法计算粘附力与电流及动态电压调整器输出电压的对应关系，计算拾取该物体的目标吸附力大小对应的动态电压调整器目标输出电压。

在实际应用过程中，实施监测动态电压调整器当前输出电压U

第二方面，本申请一种机器人控制装置，应用于机器人1控制系统中的控制机构2，机器人1控制系统包括机器人1和动态电压调节器3；机器人1的执行末端上设有压电准晶涂层4；动态电压调节器3的一端与压电准晶涂层4电性连接，另一端与控制机构2连接。

结合图4所示，该装置包括：移动模块10、拾取模块20、运行模块30和释放模块40。

移动模块10用于控制执行末端移动至初始位置。

拾取模块20用于控制动态电压调节器3增大输出电流，以使压电准晶涂层4产生吸附力直至将物体抓取。

运行模块30用于根据预设的运行轨迹，控制机器人运行以使执行末端夹取物体移动至终点位置。

释放模块40用于控制动态电压调节器3减小输出电压，以减小压电准晶涂层4产生吸附力直至将物体释放至目标位置。

第三方面，本申请提供一种机器人控制系统，结合图5所示该控制系统包括控制机构2、机器人1和动态电压调节器3；机器人1的执行末端上设有压电准晶涂层4；动态电压调节器3的一端与压电准晶涂层4电性连接，另一端与控制机构2连接；控制机构2还与机器人1连接；控制机构2用于上述的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，结合图6所示，该电子设备包括存储器131以及处理器130，存储器131用于存储计算机程序，处理器130运行计算机程序以使电子设备执行上述的基于流量录制回放的分层验证方法。

进一步地，结合图6所示的电子设备还包括总线132和通信接口133，处理器130、通信接口133和存储器131通过总线132连接。

其中，存储器131可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口133(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线132可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器130中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器131，处理器130读取存储器131中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

第五方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述的基于流量录制回放的分层验证方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说

明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，5尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理

解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相

应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在0本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。