机器人示教器、控制器及其示教、控制方法、装置和介质

摘要

本发明提供一种机器人示教器、控制器及其示教、控制方法、装置和介质，所述方法包括：在进行六轴机器人示教时，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近；若判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近，则将所述五轴的关节角度修正为预设角度，并将config值的配置参数cfx设置为8；将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值并存储至PTP指令中，由所述机器人的控制器控制所述机器人执行；其中，所述机器人的控制器判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，则将所述五轴的关节角度修正为0°。本发明提供的方案能够实现即使在腕部奇异点附近也可以准确求取各个轴的关节角。

说明书

技术领域

本发明涉及控制领域，尤其涉及一种机器人示教器、控制器及其示教、控制方法、装置和介质。具体涉及一种六轴机器人示教方法、装置、存储介质、示教器及六轴机器人控制方法、装置、存储介质。

背景技术

对于六自由度工业机器人来说，其逆解通常有8组解，并且当机器人位于腕部奇异点附近时，4、6轴角度理论上求出来是任意值，这就使得在移动机器人时，机器人实际的关节角可能与示教的不一致(当其腕部三个自由度的轴线(四、五、六轴)相交于一点，即五轴为零度时，四、六轴运动方向重合，此时为腕部奇异点)。

目前，针对该问题通常的处理方式是通过configuration算法来确定逆解唯一解，config值包括4个配置参数：cf1、cf4、cf6、cfx，其中cf1、cf4、cf6分别是对1、4、6轴进行区间限制，cfx是专门针对奇异点的不同情况配置的参数，其有8个值：0,1,2,3,4,5,6,7，在腕部奇异点附近的处理方式是使4轴角度为0，六轴角度为示教的4、6轴关节角之和。这种处理方式虽然确定了逆解唯一解并且避免了出现任意值的问题，但同时会导致另外的问题：一是机器人在走PTP指令时，腕部奇异点附近由于强制4轴为0可能导致示教的关节角与实际的关节角不一致，二是当对机器人的位姿有要求时，比如夹具，这种方式由于逆解时不能准确求取4、6轴角度从而改变机器人位姿，不能达到我们想要的效果。因此，对于准确求取腕部奇异点附近各轴的关节角度值是很有必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种机器人示教器、控制器及其示教、控制方法、装置和介质，以解决现有技术中5轴位于腕部奇异点附近逆解时4、6轴角度为任意值的问题。

本发明一方面提供了一种六轴机器人示教方法，包括：在进行六轴机器人示教时，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近；若判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近，则将所述五轴的关节角度修正为预设角度，并将config值的配置参数cfx设置为8；将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值并存储至PTP指令中，由所述机器人的控制器控制所述机器人执行；其中，所述机器人的控制器判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，则将所述五轴的关节角度修正为0°。

可选地，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，包括：判断所示教的所述五轴的关节角度是否在(-0.01°,0.01°)角度范围内。

本发明另一方面提供了一种六轴机器人控制方法，包括：在控制所述机器人运行PTP指令时，通过逆解计算将所述PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度；判断config的配置参数cfx是否为8，若判断配置参数cfx为8，则将所述机器人五轴的关节角度修正为0°；根据修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度，控制所述机器人进行插补运动；其中，示教器在判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近的情况下，将config值的配置参数cfx设置为8，并将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值存储至PTP指令。

本发明一方面还提供一种六轴机器人示教装置，包括：第一判断单元，用于在进行六轴机器人示教时，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近；第一处理单元，用于若所述第一判断单元判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近，则将所述五轴的关节角度修正为预设角度，并将config值的配置参数cfx设置为8；第一计算单元，用于将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值并存储至PTP指令中，由所述机器人的控制器控制所述机器人执行；其中，所述机器人的控制器判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，则将所述五轴的关节角度修正为0°。

可选地，所述判断单元，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，包括：判断所示教的所述五轴的关节角度是否在(-0.01°,0.01°)角度范围内。

本发明另一方面还提供了一种六轴机器人控制装置，包括：第二计算单元，用于在控制所述机器人运行PTP指令时，通过逆解计算将所述PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度；第二判断单元，用于判断config的配置参数cfx是否为8；第二处理单元，用于若所述第二判断单元判断配置参数cfx为8，则将所述机器人五轴的关节角度修正为0°；控制单元，用于根据修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度，控制所述机器人进行插补运动；其中，示教器在判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近的情况下，将config值的配置参数cfx设置为8，并将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值存储至PTP指令。

本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述六轴机器人示教方法的步骤。

本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述六轴机器人控制方法的步骤。

本发明再一方面提供了一种示教器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。

本发明再一方面提供了一种示教器，包括前述任一所述的六轴机器人示教装置。

本发明再一方面提供了一种机器人控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。

本发明再一方面提供了一种机器人控制器，包括前述任一所述的六轴机器人控制装置。

根据本发明的技术方案，通过在config值的第四个参数cfx中增加5轴为0时的特殊处理，完善了目前的configuration算法，使得机器人在逆解时能够准确求出腕部奇异点附近的4、6轴角度，使机器人实际到达的位姿与示教的一致，从而达到想要的效果。

在configuration算法的第四个参数cfx中增加一个值8，该值是专门针对腕部奇异点设立的，可以实现即使在腕部奇异点附近也可以准确求取各个轴的关节角。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明提供的六轴机器人示教方法的一实施例的方法示意图；

图2是本发明提供的六轴机器人控制方法的一实施例的方法示意图；

图3是本发明提供的示教及控制的一具体实施例的方法示意图；

图4是本发明提供的六轴机器人示教装置的一实施例的结构框图；

图5是本发明提供的六轴机器人控制装置的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

当使用PTP指令时，由于其存储的是笛卡尔值，因此在通过关节角示教时，必须通过正解计算出笛卡尔值存储在该指令中，当机器人运行该指令时，则需要通过逆解将此时存储的笛卡尔值转换为关节值进行运动，但由于腕部奇异点附近逆解时会导致4、6轴角度出现任意解，因此会出现机器人实际运行的关节角与之前示教的不一致的情况。

本发明一方面提供一种六轴机器人示教方法。该方法用于机器人示教器中。

图1是本发明提供的六轴机器人示教方法的一实施例的方法示意图。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述示教方法至少包括步骤S110、步骤S120和步骤S130。

步骤S110，在进行六轴机器人示教时，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近。

具体地，在进行六轴机器人示教时，当在手动模式下移动机器人使其达到任意位置时，判断示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，即五轴的关节角度是否在0度附近，具体可判断五轴关节角度值是否在(-0.01°,0.01°)范围内，若是，则判定为腕部奇异点附近。

步骤S120，若判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近，则将所述五轴的关节角度修正为预设角度，并将config值的配置参数cfx设置为8。

所述预设角度的取值范围例如包括[-5°，-1°]，和[1°，5°]，不在奇异点附近，但越接近0°越好。例如，若判断五轴关节角度值在(-0.01°,0.01°)范围内，即0°附近，则将5轴角度修正为1°以后再进行正解计算，并将config值的配置参数cfx设置为8。cfx是专门针对奇异点的不同情况配置的参数，目前cfx有8个值：0,1,2,3,4,5,6,7；本发明增加一种情况，当机器人位于腕部奇异点附近时即五轴关节角度在0°附近时，将config值的配置参数cfx设置为8。

步骤S130，将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值并存储至PTP指令中，由所述机器人的控制器控制所述机器人执行。

将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到相应的笛卡尔值并存储至PTP指令中。机器人的控制器通过逆解计算将PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度，以根据各轴的关节角度控制所述机器人进行插补运动。所述机器人的控制器判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，则将所述五轴的关节角度修正为0；若判断config的配置参数cfx不为8，则正常输出关节角度，控制所述机器人运行。

本发明另一方面还提供一种六轴机器人控制方法。该方法用于机器人控制器中。

图2是本发明提供的六轴机器人控制方法的一实施例的方法示意图。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，所述控制方法至少包括步骤S210、步骤S220和步骤S230。

步骤S210，在控制所述机器人运行PTP指令时，通过逆解计算将所述PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度。

其中，示教器在判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近的情况下，将所述五轴的关节角度修正为预设角度，将config值的配置参数cfx设置为8，并将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值存储至PTP指令。所述预设角度的取值范围例如包括[-5°，-1°]，和[1°，5°]，不在奇异点附近，但越接近0°越好。例如，预设角度为1°。

具体地，示教器在进行六轴机器人示教时，当在手动模式下移动机器人使其达到任意位置时，判断示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，即五轴的关节角度是否在0度附近，具体可判断五轴关节角度值是否在(-0.01°,0.01°)范围内，若是，则判定为腕部奇异点附近，即0°附近。若判断五轴为腕部奇异点附近，则将5轴角度修正为1°，并将config值的配置参数cfx设置为8，之后将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到相应的笛卡尔值并存储至PTP指令中。机器人的控制器通过逆解计算将PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度，以根据各轴的关节角度控制所述机器人进行插补运动。

步骤S220，判断config的配置参数cfx是否为8，若判断配置参数cfx为8，则将所述机器人五轴的关节角度修正为0°。

步骤S230，根据修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度，控制所述机器人进行插补运动。

当计算完所有关节角时，判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，说明五轴在示教时位于腕部奇异点附近，而此时求逆解得到的五轴的关节角度为修正为预设角度，例如1°，则将所述五轴的关节角度修正为0°后，输出各轴关节角度(修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度)，控制所述机器人进行插补运动；若判断config的配置参数cfx不为8，则正常输出关节角度，控制所述机器人运行。

为清楚说明本发明技术方案，下面再以一个具体实施例对本发明提供的六轴机器人示教及控制方法的执行流程进行描述。

图3是本发明提供的示教及控制的一具体实施例的方法示意图。如图3所示：

步骤S1，示教机器人，在手动模式下移动机器人使其到达想要的位置；

步骤S2，判断示教的5轴关节值是否在(-0.01°,0.01°)范围内，若是，则执行步骤S3；若否，则直接进行正解计算，然后执行到步骤S5；

步骤S3，将5轴角度修正为1度以后再进行正解计算，接着执行步骤S4；

步骤S4，将config的第四个参数cfx置为8，接着执行步骤S5；

步骤S5，将正解得到的笛卡尔值存储在PTP指令中，接着执行步骤S6；

步骤S6，当运行PTP指令时，通过逆解求出各轴的关节角，接着执行步骤S7；

步骤S7，当计算完所有关节角时，判断config的cfx值是否为8，若是，则将5轴角度修正为0，接着执行步骤S8，若否，则直接执行步骤S8。

步骤S8，输出关节角度，控制机器人运动。

本发明一方面还提供一种六轴机器人示教装置。该装置用于机器人示教器中。

图4是本发明提供的六轴机器人示教装置的一实施例的结构框图。如图4所示，所述示教装置100包括第一判断单元110、第一处理单元120和第一计算单元130。

第一判断单元110用于在进行六轴机器人示教时，判断所示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近。

具体地，在进行六轴机器人示教时，当在手动模式下移动机器人使其达到任意位置时，判断示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，即五轴的关节角度是否在0度附近，具体可判断五轴关节角度值是否在(-0.01°,0.01°)范围内，若是，则判定为腕部奇异点附近。

第一处理单元120用于若所述第一判断单元110判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近，则将所述五轴的关节角度修正为1度，并将config值的配置参数cfx设置为8。

所述预设角度的取值范围例如包括[-5°，-1°]，和[1°，5°]，不在奇异点附近，但越接近0°越好。例如，若第一判断单元110判断五轴关节角度值在(-0.01°,0.01°)范围内，即0°附近，则将5轴角度修正为1°以后再进行正解计算，并将config值的配置参数cfx设置为8。cfx是专门针对奇异点的不同情况配置的参数，目前cfx有8个值：0,1,2,3,4,5,6,7；本发明增加一种情况，当机器人位于腕部奇异点附近时即五轴关节角度在0°附近时，将config值的配置参数cfx设置为8。

第一计算单元130用于将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值并存储至PTP指令中，由所述机器人的控制器控制所述机器人执行。

将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到相应的笛卡尔值并存储至PTP指令中。机器人的控制器通过逆解计算将PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度，以根据各轴的关节角度控制所述机器人进行插补运动。所述机器人的控制器判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，则将所述五轴的关节角度修正为0；若判断config的配置参数cfx不为8，则正常输出关节角度，控制所述机器人运行。

本发明另一方面还提供一种六轴机器人控制装置。该装置用于机器人控制器中。

图5是本发明提供的六轴机器人控制装置的一实施例的结构示意图。如图5所示，所述控制装置100包括第二计算单元210、第二判断单元220、第二处理单元230、控制单元240。

第二计算单元210用于在控制所述机器人运行PTP指令时，通过逆解计算将所述PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度。

其中，示教器在判断所述五轴的关节角度在腕部奇异点附近的情况下，将所述五轴的关节角度修正为预设角度，将config值的配置参数cfx设置为8，并将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到各轴的笛卡尔值存储至PTP指令。所述预设角度的取值范围例如包括[-5°，-1°]，和[1°，5°]，不在奇异点附近，但越接近0°越好。例如，预设角度为1°。

具体地，示教器在进行六轴机器人示教时，当在手动模式下移动机器人使其达到任意位置时，判断示教的五轴的关节角度是否在腕部奇异点附近，即五轴的关节角度是否在0度附近，具体可判断五轴关节角度值是否在(-0.01°,0.01°)范围内，若是，则判定为腕部奇异点附近，即0°附近。若判断五轴为腕部奇异点附近，则将5轴角度修正为1°，并将config值的配置参数cfx设置为8，之后将所述机器人各轴的关节角度进行正解计算得到相应的笛卡尔值并存储至PTP指令中。第二计算单元210通过逆解计算将PTP指令中各轴的笛卡尔值反算为各轴的关节角度，以根据各轴的关节角度控制所述机器人进行插补运动。

第二判断单元220用于判断config的配置参数cfx是否为8；第二处理单元230用于若所述第二判断单元判断配置参数cfx为8，则将所述机器人五轴的关节角度修正为0°。控制单元240用于根据修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度，控制所述机器人进行插补运动。

当计算完所有关节角时，第二判断单元220判断config的配置参数cfx是否为8，若判断config的配置参数cfx为8，说明五轴在示教时位于腕部奇异点附近，而此时求逆解得到的五轴的关节角度为修正为预设角度，1°，则第二处理单元230将所述五轴的关节角度修正为0°后，输出各轴关节角度(修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度)，控制单元240输出各轴关节角度(修正后的五轴的关节角度和反算得到的其他各轴的关节角度)，控制所述机器人进行插补运动；若第二判断单元220判断config的配置参数cfx不为8，则控制单元240正常输出关节角度，控制所述机器人运行。

机器人会在5轴为0°附近无法准确求取4、6轴的关节角，但是在5轴不在0°附近的时候可以准确求取，本发明的思路是首先判断5轴是否在0度附近，若否，则直接可以计算求解；如果是，则先把5轴赋值为1度进行计算，并将此时的cfx值置为8，作为处理腕部奇异点的特殊情况，待逆解时准确求出4、6轴关节角之后，再根据判断cfx的值是否为8确定是否需要将5轴关节角修正为0。

通过在仿真器上给定机器人关节角为[10,10,10,30,0,90]，接着进行正逆解计算，按照现有的处理方式最终得出的结果为[10,10,10,0,0,120]，而根据本发明技术方案得出的结果与示教的关节角一致，为[10,10,10,30,0,90]，充分说明了本发明技术方案的正确性以及有效性。

本发明还提供对应于所述六轴机器人示教方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。

本发明还提供对应于所述六轴机器人示教方法的一种示教器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。

本发明还提供对应于所述六轴机器人示教装置的一种示教器，包括前述任一所述的六轴机器人示教装置。

本发明还提供对应于所述六轴机器人示教方法的一种机器人控制器，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。

本发明还提供对应于所述六轴机器人控制装置的一种机器人控制器，包括前述任一所述的六轴机器人控制装置。

据此，本发明提供的方案，通过在config值的第四个参数cfx中增加5轴为0°附近时的特殊处理，完善了目前的configuration算法，使得机器人在逆解时能够准确求出腕部奇异点附近的4、6轴角度，使机器人实际到达的位姿与示教的一致，从而达到想要的效果。

在configuration算法的第四个参数cfx中增加一个值8，该值是专门针对腕部奇异点设立的，可以实现即使在腕部奇异点附近也可以准确求取各个轴的关节角。

本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

所述集成的单元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全部或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(可为个人计算机、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、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。