[发明专利]一种机器人单个关节位置的控制方法和系统及相关设备

说明书

本发明公开了一种机器人单个关节位置的控制方法和系统及相关设备，所述关节由超声电机、电机驱动器和编码器构成，该控制方法包括以下步骤：将超声电机预期的目标位置、超声电机的实时速度和编码器反馈作为超声电机关节位置控制器的输入数据；所述超声电机关节位置控制器根据所述输入数据及预设控制方式，进行分析计算；根据分析计算的结果，所述超声电机关节位置控制器生成相应的控制信号，反馈给电机驱动器，实现关节位置的控制。该控制方法用于在超声电机向目标移动的同时，监控编码器的反馈，使超声电机到达预期的目标位置时降低速度，从而减少机器人单个关键位置的定位误差。

技术领域

本发明涉及手术机器人软件系统的技术领域，特别涉及一种机器人单个关节位置的控制方法和系统及相关设备。

背景技术

有些类型的超声电机驱动器使用顺时针/逆时针(CW/CCW)使能信号和速度模拟信号作为输入。然而，常规控制器例如比例积分微分(PID)控制器，不能直接用于控制这种类型的超声电机。

另外，在超声电机达到目标后，运动使能信号(CW/CCW)被禁用，但超声电机需要几秒钟才能完全停止运动。而位置误差与速度强相关，较低的电机速度，误差为1-2个计数；而更高的电机速度，误差可能大于3-4个计数。

因此，如何针对超声电机在高速运动时减少定位误差，成为同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种机器人单个关节位置的控制方法和系统及相关设备，可解决超声电机在高速运动时定位误差较大、无法精准控制机器人关节运动的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种机器人单个关节位置的控制方法，所述关节由超声电机、电机驱动器和编码器构成，该控制方法包括以下步骤：

将超声电机预期的目标位置、超声电机的实时速度和编码器反馈作为超声电机关节位置控制器的输入数据；

所述超声电机关节位置控制器根据所述输入数据及预设控制方式，进行分析计算；

根据分析计算的结果，所述超声电机关节位置控制器生成相应的控制信号，反馈给电机驱动器，实现关节位置的控制。

进一步地，所述预设控制方式，包括：

设置目标位置阈值；

当所述超声电机的实际位置参数超过所述目标位置阈值时，将所述超声电机的速度设置为最小值；

当所述超声电机到达预期的目标位置时，运动使能信号被禁用。

进一步地，设置目标位置阈值，包括：

基于预定义的超声电机的速度变化率计算目标位置阈值，公式如下：

P＝(V_s-V_l)/φ                       (1)

式中，P表示超声电机的目标位置阈值；V_s表示超声电机的实时运动速度；V_l表示超声电机的最小速度；φ表示超声电机的速度变化率。

进一步地，根据分析计算的结果，所述超声电机关节位置控制器生成相应的控制信号，包括：

当所述超声电机从目标位置阈值到预期的目标位置运动时，根据如下公式(2)设置运动速度，生成对应的控制信号；

V_set＝(TP-CP)×φ+V_l                                         (2)