CN117532618B - 机器臂末端负载的标定方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种机器臂末端负载的标定方法及电子设备，该方法包括：获取所述机器臂的目标转矩变化量；通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置；其中，所述目标转矩变化量为机器臂连接负载前后处于目标姿态下目标关节模组的电机转矩变化量；所述力矩关系模型表征所述目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系。如此，能够简化机器臂的运动过程，能够降低数据处理量，且能够准确的标定负载的质量和质心位置。

Description

机器臂末端负载的标定方法及电子设备

技术领域

本申请涉及机器臂技术领域，特别涉及一种机器臂末端负载的标定方法及电子设备。

背景技术

随着工业自动化和智能化进程的推进，机器臂的应用场景越来越多。在不同的应用场景下，机器臂的末端连接的工具可能并不相同，导致机器臂末端负载的质量和质心位置不同。在实际使用时，需要对机器臂末端负载的质量和质心进行标定，从而机器臂末端的负载的力矩进行补偿，以能够精准控制机器臂的运动过程。

常规技术中，负载的质量和质心位置的测量方法主要有两种。一种是基于负载的设计参数构建负载模型，基于负载模型确定负载的质量和质心位置。这种方式不仅操作复杂，成本较高。而且所构建的负载模型与实际负载容易存在误差，导致所测定的负载的质量和质心位置与实际负载的质量和质心位置存在偏差。另一种是通过设计辨识轨迹，采用动态辨识实验确定负载的质量与质心位置，但是此种方法在设计轨迹时相对复杂，需要优化的轨迹参数较多，不仅在辨识过程中会出现冗余，也无法辨识全部参数。

发明内容

有鉴于现有技术中存在的上述问题，本申请提供了一种机器臂末端负载的标定方法及电子设备，本申请实施例采用的技术方案如下所示。

本申请第一方面提供了一种机器臂末端负载的标定方法，包括：

获取所述机器臂的目标转矩变化量；

通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置；

其中，所述目标转矩变化量为机器臂连接负载前后处于目标姿态下目标关节模组的电机转矩变化量；所述目标关节模组为所述机器臂的关节模组中的任意一个；

所述目标姿态包括第一姿态、第二姿态和第三姿态；在所述机器臂处于第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；在所述机器臂处于第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；在所述机器臂处于第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；

所述力矩关系模型表征所述目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系；所述质心位置包括质心在第一坐标轴上的第一偏移量、质心在第二坐标轴上的第二偏移量和质心在第三坐标轴上的第三偏移量。

在一些实施例中，获取所述机器臂的目标转矩变化量，包括：

获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩；

获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩；

基于所述电机负载转矩和所述电机空载转矩，确定所述目标转矩变化量。

在一些实施例中，获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流；

基于所述电机负载电流，确定所述目标关节模组的电机负载转矩。

在一些实施例中，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机正向负载电流；

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机负向负载电流；

基于所述电机正向负载电流和所述电机负向负载电流的平均值，确定所述电机负载电流。

在一些实施例中，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机正向负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第一电流数据，并基于所述第一电流数据确定所述正向负载电流；

相应的，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机负向负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第二电流数据，并基于所述第二电流数据确定所述负向负载电流；

其中，在所述目标关节模组旋转至目标关节角时，所述机器臂处于目标姿态，所述目标关节角为所述目标范围的中间值。

在一些实施例中，获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩，包括：

通过动力学模型确定在未连接负载的机器臂处于目标姿态下，所述目标关节模组的电机空载转矩。

在一些实施例中，获取所述机器臂的目标转矩变化量，包括：

获取第一转矩变化量、第二转矩变化量、第三转矩变化量、第四转矩变化量和第五转矩变化量；

其中，所述第一转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量；所述第二转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于另一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量；在该一个第一姿态和该另一个第一姿态下，机器臂末端负载的位姿不同，且负载坐标系的第一坐标轴与所述第一关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第三转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于又一个第一姿态下第二关节模组的电机转矩变化量，在该又一个第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与第二关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第四转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第二姿态下第三关节模组的电机转矩变化量；在该第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与第三关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第五转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第三姿态下第四关节模组的电机转矩变化量，在该第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与第四关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。

在一些实施例中，通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置，包括：

通过所述力矩关系模型基于所述第一转矩变化量和所述第二转矩变化量，确定所述负载的质量；

通过所述力矩关系模型基于所述第三转矩变化量和负载的质量，确定所述第一偏移量；

通过所述力矩关系模型基于所述第四转矩变化量和负载的质量，确定所述第二偏移量；

通过所述力矩关机模型基于所述第五转矩变化量和负载的质量，确定所述第三偏移量。

在一些实施例中，所述力矩关系模型通过如下公式表示：

Δτ＝mg(l+Δl)

其中，Δτ表示所述目标转矩变化量；m表示负载的质量；g表示重力常数；l表示负载坐标系的坐标原点距目标关节模组的电机轴心的垂直距离；Δl表示第一偏移量、第二偏移量或第三偏移量。

本申请第二方面提供了一种电子设备，至少包括存储器和处理器，所述存储器上存储有程序，所述处理器在执行所述存储器上的程序时实现如上任一实施例所述的方法。

本申请实施例的机器臂负载的标定方法，获取所述目标机器臂的目标转矩变化量，通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，就能够确定所述负载的质量质心位置。如此，能够简化机器臂的运动过程，能够降低数据处理量，且能够准确的标定负载的质量和质心位置。

附图说明

图1为本申请实施例的机器臂负载的标定方法的流程图。

图2至图6分别为本申请实施例的机器臂处于不同姿态下的结构示意图。

图7为本申请实施例的电子设备的结构框图。

具体实施例

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供了一种机器臂末端负载的标定方法，用于对机器臂的末端的负载进行标定。具体来说，通过所述机器臂末端负载的标定方法可以标定负载的质量和质心位置，所述质心位置包括质心在负载坐标系的各个坐标轴上的偏移量。所述机器臂可包括各种多关节机器臂，例如，四关节机器臂、五关节机器臂、六关节机器臂等等。

图1为本申请实施例的机器臂末端负载的标定方法的流程图，参见图1所示，本申请实施例的机器臂末端负载的标定方法具体可包括如下步骤。

S110，获取所述机器臂的目标转矩变化量。

S120，通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置。

其中，所述目标转矩变化量为机器臂连接负载前后处于目标姿态下目标关节模组的电机转矩变化量。所述目标姿态包括第一姿态、第二姿态和第三姿态。在所述机器臂处于第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。在所述机器臂处于第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。在所述机器臂处于第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。

所述力矩关系模型表征所述目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系。所述质心位置包括质心在第一坐标轴上的第一偏移量、质心在第二坐标轴上的第二偏移量和质心在第三坐标轴上的第三偏移量。

举例来说，所述第一坐标轴可为X轴，所述第二坐标轴可为Y轴，所述第三坐标轴可为Z轴。在所述机器臂处于第一姿态下，负载坐标系的X轴与目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。在所述第一机器臂处于第二姿态下，负载坐标系的Y轴与目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。在所述机器臂处于第三姿态下，负载坐标系的Z轴与目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。所述第一偏移量则为质心在X轴上的偏移量，所述第二偏移量则为质心在Y轴上的偏移量，所述第三偏移量则为质心在Z轴上的偏移量。当然，上述各个坐标轴与X轴、Y轴及Z轴之间的对应关系仅为示例性的，不应理解为仅限于如上所述的对应关系。

所述目标关节模组为所述机器臂的关节模组中的任意一个。在机器臂分别处于第一姿态、第二姿态和第三姿态时，可获取机器臂的同一个关节模组的电机转矩变化量，也可分别获取机器臂的不同关节模组的电机转矩变化量。

配合图2所示，以所述机器臂为六关节机器臂20为例，六关节机器臂20可包括自机器臂的基座至机器臂的末端依次设置的一级关节模组21、二级关节模组22、三级关节模组23、四级关节模组24、五级关节模组25和六级关节模组26。在机器臂处于第一姿态下，可获取三级关节模组23的电机转矩变化量。在机器臂处于第二姿态下，也可获取三级关节模组23的电机转矩变化量。在机器臂处于第三姿态下，可获取五级关节模组25的电机转矩变化量。

还需说明的是，所述第一姿态、所述第二姿态和所述第三姿态都不是一个固定的单一的姿态。实际上，所述机器臂通常具有很多个姿态能够使负载坐标系的第一坐标轴与机器臂的某一个关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。所述机器臂通常也具有很多个姿态能够使负载坐标系的第二坐标轴与机器臂的某一个关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。同样的，所述机器臂通常也具有很多个姿态能够使负载坐标系的第三坐标轴与机器臂的某一个关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。

可以理解的是，由于所述目标姿态包括第一姿态、第二姿态和第三姿态，所以所述目标转矩变化量至少包括机器臂处于第一姿态下目标关节模组的电机转矩变化量、机器臂处于第二姿态下目标关节模组的电机转矩变化量和机器臂处于第三姿态下目标关节模组的电机转矩变化量。

目标转矩变化量为机器臂连接负载前后处于目标姿态下目标关节模组的电机转矩变化量，且机器臂处于目标姿态时负载坐标系的一个坐标轴与机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直。在机器臂处于目标姿态下连接负载前后，目标关节模组的电机转矩变化量主要由负载的重力矩产生的。目标关节模组的电机转矩变化量等于负载的重力乘以负载的力臂。

可将负载坐标系与机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直的坐标轴定义为目标坐标轴。在此基础上，负载的力臂等于负载的质心在目标坐标轴上的偏移量，与负载坐标系的坐标原点和目标关节模组的电机轴心之间的垂直距离之和。在此基础上，目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系可通过如下公式表示。

Δτ＝mg(l+Δl) (1)

其中，Δτ表示所述目标转矩变化量；m表示负载的质量；g表示重力常数；l表示负载坐标系的坐标原点距目标关节模组的电机轴心的垂直距离；Δl表示第一偏移量、第二偏移量或第三偏移量。具体来说，在所述第一坐标轴作为目标坐标轴时，Δl表示第一偏移量。在所述第二坐标轴作为目标坐标轴时，Δl表示第二偏移量。在所述第三坐标轴作为目标坐标轴时，Δl表示第三偏移量。

可选的，在获取到所述目标转矩变化量的情况下，可将所述目标转矩变化量导入所述力矩关系模型，构建目标方程组。通过对目标方程组进行求解，确定所述负载的质量、第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量。

可选的，所述力矩关系模型也可通过如下公式表示：

其中，m表示负载的质量；g表示重力常数；Δl_X表示第一偏移量；Δl_Y表示第二偏移量；Δl_Z表示第三偏移量。

Δτ₁表示第一转矩变化量，所述第一转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量。在该一个第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与所述第一关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。l₁表示在机器臂处于该一个第一姿态下，负载坐标系的坐标原点与第一关节模组的电机轴心之间的第一垂直距离。

Δτ₂表示第二转矩变化量，所述第二转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于另一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量。在该另一个第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与所述第一关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。l₂表示在机器臂处于该另一个第一姿态下，负载坐标系的坐标原点与第一关节模组的电机轴心之间的第二垂直距离。

Δτ₃表示第三转矩变化量，所述第三转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于又一个第一姿态下第二关节模组的电机转矩变化量。在该又一个第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与第二关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。l₃表示在机器臂处于该又一个第一姿态下，负载坐标系的坐标原点与第二关节模组的电机轴心之间的第三垂直距离。可以理解的是，该一个第一姿态和该另一个姿态为不同的姿态，该又一个第一姿态可与该一个第一姿态和该另一个姿态中的一个相同，也可不同于该一个第一姿态和该另一个姿态。

Δτ₄表示第四转矩变化量，所述第四转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第二姿态下第三关节模组的电机转矩变化量。在该第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与第三关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。l₄表示在机器臂处于该第二姿态下，负载坐标系的坐标原点与第三关节模组的电机轴心之间的第四垂直距离。

Δτ₅表示第五转矩变化量，所述第五转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第三姿态下第四关节模组的电机转矩变化量。在该第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与第四关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。l₅表示在机器臂处于该第三姿态下，负载坐标系的坐标原点与第四关节模组的电机轴心之间的第五垂直距离。

在此基础上，可获取第一转矩变化量Δτ₁、第二转矩变化量Δτ₂、第三转矩变化量Δτ₃、第四转矩变化量Δτ₄和第五转矩变化量Δτ₅。并分别确定第一垂直距离l₁、第二垂直距离l₂、第三垂直距离l₃、第四垂直距离l₄和第五垂直距离l₅。具体来说，可基于机器臂的姿态和DH参数确定l₁、l₂、l₃、l₄和l₅。例如，l₁实际等于六关节机器臂的三级连杆的长度和五级连杆的长度之和。

可基于所述第一转矩变化量Δτ₁、所述第二转矩变化量Δτ₂、第一垂直距离l₁和第二垂直距离l₂，确定所述负载的质量m。基于所述第三转矩变化量Δτ₃、第三垂直距离l₃和负载的质量m，确定所述第一偏移量Δl_X。基于所述第四转矩变化量Δτ₄、第四垂直距离l₄和负载的质量m，确定所述第二偏移量Δl_Y。基于所述第五转矩变化量Δτ₅、第五转矩变化量Δτ₅和负载的质量m，确定所述第三偏移量Δl_Z。

配合图2所示，以所述机器臂为六关节机器臂20为例，六关节机器臂20可包括自六关节机器臂20的基座至六关节机器臂20的末端依次设置的一级关节模组21、二级关节模组22、三级关节模组23、四级关节模组24、五级关节模组25和六级关节模组26。可将六关节机器臂20的末端中心点作为负载坐标系的坐标原点O，可将负载坐标系的X轴定义为第一坐标轴，可将负载坐标系的Y轴定义为第二坐标轴，可将负载坐标系的Y轴定义为第三坐标轴。

在此基础上，可将六关节机器臂20的关节角序列为(0，0，90，0，0，0)时的姿态作为该一个第一姿态，如图2所示。可见，负载坐标系的X轴和三级关节模组23的电机轴心位于同一水平面且互相垂直。可获取六关节机器臂20的三级关节模组23的电机转矩变化量作为所述第一转矩变化量。将六关节机器臂20的末端中心点距离三级关节模组23的电机轴心的垂直距离作为第一垂直距离。

可将六关节机器臂20的关节角序列为(0，0，90，180，0，0)时的姿态作为该另一个第一姿态，如图3所示。可见，负载坐标系的X轴和三级关节模组23的电机轴心位于同一水平面且互相垂直。可获取六关节机器臂20的三级关节模组23的电机转矩变化量作为第二转矩变化量。将六关节机器臂20的末端中心点距离三级关节模组23的电机轴心的垂直距离作为第二垂直距离。

可将六关节机器臂20的关节角序列为(0，0，90，0，0，0)时的姿态作为该又一个第一姿态，如图4所示。可见，负载坐标系的X轴和三级关节模组23的电机轴心位于同一水平面且互相垂直。可获取六关节机器臂20的三级关节模组23的电机转矩变化量作为所述第三转矩变化量。将六关节机器臂20的末端中心点距离三级关节模组23的电机轴心的垂直距离作为第三垂直距离。

可将六关节机器臂20的关节角序列为(0，0，90，0，0，90)时的姿态作为该第二姿态，如图5所示。可见，负载坐标系的Y轴和四级关节模组24的电机轴心位于同一水平面且互相垂直。可获取六关节机器臂20的四级关节模组24的电机转矩变化量作为所述第四转矩变化量。将六关节机器臂20的末端中心点距离四级关节模组24的电机轴心的垂直距离作为第四垂直距离。

可将六关节机器臂20的关节角序列为(0，0，90，0，0，0)时的姿态作为该第三姿态，如图6所示。可见，负载坐标系的Z轴和五级关节模组25的电机轴心位于同一水平面且互相垂直。可获取六关节机器臂20的五级关节模组25的电机转矩变化量作为所述第五转矩变化量。将六关节机器臂20的末端中心点距离五级关节模组25的电机轴心的垂直距离作为第五垂直距离。

在获取到上述数据的基础上，可基于公式(2)计算所述负载的质量、第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量。

需要说明的是，在实际应用时，不仅限于通过公式(1)和公式(2)表示力矩关系模型，可根据机器臂的结构变化，以及目标姿态的选取进行适应性变化，只要能够表征目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系即可。

此外，从上述关节角序列不难看出，实际上图2、图4和图6所示意的是相同的姿态，第一转矩变化量和第三转矩变化量实际上为相同的转矩变化量。在实际应用时，所述目标转矩变化量不仅限于包括四组电机转矩变化量，只要能够满足所述力矩关系模型求解计算所述负载的质量、第一偏移量、第二偏移量和第三偏移量即可。

本申请实施例的机器臂负载的标定方法，获取所述目标机器臂的目标转矩变化量，通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，就能够确定所述负载的质量质心位置。如此，能够简化机器臂的运动过程，能够降低数据处理量，且能够准确的标定负载的质量和质心位置。

在一些实施例中，步骤S110，获取所述机器臂的目标转矩变化量，可包括如下步骤。

S111，获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩。

S112，获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩。

S113，基于所述电机负载转矩和所述电机空载转矩，确定所述目标转矩变化量。

可选的，在获取到目标关节模组的电机负载转矩和电机空载转矩的基础上，可通过如下公式计算所述目标转矩变化量。

Δτ＝τ_负载-τ_空载 (3)

其中，Δτ表示所述目标转矩变化量；τ_负载表示电机负载转矩；τ_空载表示电机空载转矩。在获取到电机负载转矩和电机空载转矩之后，可利用电机负载转矩减去电机空载转矩，即可获得目标转矩变化量。

在一些实施例中，步骤S111，获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩，可包括如下步骤。

S1111，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流。

S1112，基于所述电机负载电流，确定所述目标关节模组的电机负载转矩。

电机负载电流与电机负载转矩通常具有正相关性，通过检测电机负载电流能够精确的计算目标关节模组的电机负载转矩。当然，在实际应用时，也可通过其他方法确定电机负载转矩，不仅限于通过检测电机电流的方式来确定电机负载转矩。

在一些实施例中，步骤S1111，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流，可包括如下步骤。

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机正向负载电流。

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机负向负载电流。

基于所述电机正向负载电流和所述电机负向负载电流的平均值，确定所述电机负载电流。

机器臂的关节模组的动力学模型可通过如下公式表示。

其中，τ_mo表示关节模组的电机转矩；θ表示机器臂的关节角序列；表示关节模组的转速；表示关节模组的加速度；M(θ)惯性力矩；表示科氏力与离心力矩；g(θ)表示重力矩；表示摩擦力矩。

由公式(4)可知，在实际应用时电机转矩不仅受重力矩影响，还要克服惯性力矩、科氏力与离心力矩和摩擦力矩。为了避免负载的标定结果受惯性力矩、科氏力与离心力矩和摩擦力矩的影响，可设计一段匀速轨迹，通过单关节正反转，可以有效消除惯性力矩、科氏力与离心力矩的影响，通过将正向负载电流和负向负载电流取平均值获取电机负载电流，可消除摩擦力矩的影响，能够提高标定结果的准确定。

可选的，可控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第一电流数据，并基于所述第一电流数据确定所述正向负载电流。可控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第二电流数据，并基于所述第二电流数据确定所述负向负载电流。其中，在所述目标关节模组旋转至目标关节角时，所述机器臂处于目标姿态，所述目标关节角为所述目标范围的中间值。

可选的，可将所述目标关节角的正负1°的角度范围作为所述目标范围，可采集目标关节角序列旋转至目标关节角正负1°范围内的电流值分别作为所述第一电流数据和所述第二电流数据。所述第一电流数据和所述第二电流数据均包括一组电流值。可将所述第一电流数据的平均值作为所述正向负载电流，可将所述第二电流数据的平均值作为所述负向负载电流，通过计算正向负载电流和负向负载电流的平均值即可获得电机负载电流。如此，不仅能够消除电流造成对转矩的影响，而且能够更加精准的消除摩擦力矩对电机转矩的影响，能够进一步提高标定结果的准确性。

显然，在实际应用时，不仅限于将目标关节角的正负1°的角度范围作为所述目标范围，也可将目标关节角的正负1.5°、2°或2.5°等角度范围作为所述目标范围。

仍然以六关节机器臂20为例，可控制六关节机器臂20的三级关节模组23单关节匀速从(0，0，86，0，0，0)关节角序列旋转至(0，0，94，0，0，0)关节角序列，再从(0，0，94，0，0，0)关节角序列旋转至(0，0，86，0，0，0)关节角序列，采集两端轨迹中(0，0，90，0，0，0)附近各1°的电流数据。基于该两组电流数据分别计算正向负载电流和负向负载电流，基于正向负载电流和负向负载电流的平均值确定电机负载电机，进而确定三级关节模组23的电机负载转矩。基于电机负载转矩和电机空载转矩就能够确定第一转矩变化量和第三转矩变化量。

可控制六关节机器臂20的三级关节模组23单关节匀速从(0，0，86，180，0，0)关节角序列旋转至(0，0，94，180，0，0)关节角序列，再从(0，0，94，180，0，0)关节角序列旋转至(0，0，86，180，0，0)关节角序列，采集两端轨迹中(0，0，90，180，0，0)附近各1°的电流数据，进而确定第二转矩变化量。

可控制六关节机器臂20的四级关节模组24单关节匀速从(0，0，90，－4，0，90)关节角序列旋转至(0，0，90，4，0，90)关节角序列，再从(0，0，90，4，0，90)关节角序列旋转至(0，0，90，－4，0，90)关节角序列，采集两端轨迹中(0，0，90，0，0，90)附近各1°的电流数据，进而确定第四转矩变化量。

可控制六关节机器臂20的五级关节模组25单关节匀速从(0，0，90，0，－4，0)关节角序列旋转至(0，0，90，0，4，0)关节角序列，再从(0，0，90，0，4，0)关节角序列旋转至(0，0，90，0，－4，0)关节角序列，采集两端轨迹中(0，0，90，0，0，0)附近各1°的电流数据，进而确定第五转矩变化量。

在一些实施例中，步骤S1112，获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩，可包括如下步骤。

通过动力学模型确定在未连接负载的机器臂处于目标姿态下，所述目标关节模组的电机空载转矩。

如此，能够省却机器臂在空载状态下运动至各个目标姿态的过程，有利于简化标定过程，且有利于提高标定效率。

以六关节机器臂20为例，可利用公式(4)基于(0，0，90，0，0，0)、(0，0，90，180，0，0)、(0，0，90，0，0，90)和(0，0，90，0，0，0)，分别计算相应目标关节模组的电机空载转矩，进而确定第一转矩变化量、第二转矩变化量、第三转矩变化量、第四转矩变化量和第五转矩变化量。

当然，也可如电机负载转矩，控制未连接负载的机器臂分别运动至各个目标姿态，采集目标关节模组的电机电流，进而确定目标关节模组的电机空载转矩。

还需说明的是，虽然上述各示例均以六关节机器臂为例，对本申请的步骤和原理进行说明，但不应理解为机器臂末端负载的标定方法仅适用于六关节机器臂，本申请实施例的机器臂末端负载的标定方法也适用于例如三关节机器臂、四关节机器臂、五关节机器臂等多关节机器臂。

参见图7所示，本申请实施例还提供了一种电子设备，至少包括存储器301和处理器302，所述存储器301上存储有程序，所述处理器302在执行所述存储器301上的程序时实现如上任一实施例所述的方法。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，在执行所述计算机可读存储介质中的所述计算机可执行指令时实现如上任一实施例所述的方法。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、电子设备、计算机可读存储介质或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。当通过软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。

上述处理器可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路(application－specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logicdevice，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field－programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，简称GAL)或其任意组合。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。

上述存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

上述可读存储介质可为磁碟、光盘、DVD、USB、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等，本申请对具体的存储介质形式不作限定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机器臂末端负载的标定方法，其特征在于，包括：

获取所述机器臂的目标转矩变化量；

通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置；

其中，所述目标转矩变化量为机器臂连接负载前后处于目标姿态下目标关节模组的电机转矩变化量；所述目标关节模组为所述机器臂的关节模组中的任意一个；

所述目标姿态包括第一姿态、第二姿态和第三姿态；在所述机器臂处于第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；在所述机器臂处于第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；在所述机器臂处于第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与所述机器臂的目标关节模组的电机轴心处于同一水平面并互相垂直；

所述力矩关系模型表征所述目标转矩变化量和负载的重力矩之间的关联关系；所述质心位置包括质心在第一坐标轴上的第一偏移量、质心在第二坐标轴上的第二偏移量和质心在第三坐标轴上的第三偏移量；

所述目标转矩变化量包括第一转矩变化量、第二转矩变化量、第三转矩变化量、第四转矩变化量和第五转矩变化量；

所述第一转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量；所述第二转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于另一个第一姿态下第一关节模组的电机转矩变化量；在该一个第一姿态和该另一个第一姿态下，机器臂末端负载的位姿不同，且负载坐标系的第一坐标轴与所述第一关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第三转矩变化量包括所述机器臂连接负载前后处于又一个第一姿态下第二关节模组的电机转矩变化量，在该又一个第一姿态下，负载坐标系的第一坐标轴与第二关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第四转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第二姿态下第三关节模组的电机转矩变化量；在该第二姿态下，负载坐标系的第二坐标轴与第三关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直；

所述第五转矩变化量包括机器臂连接负载前后处于第三姿态下第四关节模组的电机转矩变化量，在该第三姿态下，负载坐标系的第三坐标轴与第四关节模组的电机轴心位于同一水平面并互相垂直。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述机器臂的目标转矩变化量，包括：

获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩；

获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩；

基于所述电机负载转矩和所述电机空载转矩，确定所述目标转矩变化量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取在连接有负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机负载转矩，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流；

基于所述电机负载电流，确定所述目标关节模组的电机负载转矩。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独转过目标姿态，并确定在所述机器臂处于目标姿态时所述目标关节模组的电机负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机正向负载电流；

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机负向负载电流；

基于所述电机正向负载电流和所述电机负向负载电流的平均值，确定所述电机负载电流。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机正向负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿顺时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第一电流数据，并基于所述第一电流数据确定所述正向负载电流；

相应的，控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速转过所述目标姿态，并在机器臂处于目标姿态时获取所述目标关节模组的电机负向负载电流，包括：

控制连接有负载的机器臂的目标关节模组单独沿逆时针方向匀速旋转，在所述目标关节模组旋转至目标范围时，获取目标关节模组的电机的第二电流数据，并基于所述第二电流数据确定所述负向负载电流；

其中，在所述目标关节模组旋转至目标关节角时，所述机器臂处于目标姿态，所述目标关节角为所述目标范围的中间值。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取在未连接负载的机器臂处于目标姿态下目标关节模组的电机空载转矩，包括：

通过动力学模型确定在未连接负载的机器臂处于目标姿态下，所述目标关节模组的电机空载转矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过力矩关系模型基于所述目标转矩变化量，确定所述负载的质量和质心位置，包括：

通过所述力矩关系模型基于所述第一转矩变化量和所述第二转矩变化量，确定所述负载的质量；

通过所述力矩关系模型基于所述第三转矩变化量和负载的质量，确定所述第一偏移量；

通过所述力矩关系模型基于所述第四转矩变化量和负载的质量，确定所述第二偏移量；

通过所述力矩关机模型基于所述第五转矩变化量和负载的质量，确定所述第三偏移量。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述力矩关系模型通过如下公式表示：

Δτ＝mg(l+Δl)

其中，Δτ表示所述目标转矩变化量；m表示负载的质量；g表示重力常数；l表示负载坐标系的坐标原点距目标关节模组的电机轴心的垂直距离；Δl表示第一偏移量、第二偏移量或第三偏移量。

9.一种电子设备，至少包括存储器和处理器，所述存储器上存储有程序，其特征在于，所述处理器在执行所述存储器上的程序时实现权利要求1-8中任一项所述的方法。