[0001] 本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人运行调控方法、电子设备及机器人。

[0002] 目前，出于提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量以及保障工人安全等目的，机器人已广泛应用于各大生产及生活领域。由于机器人的应用场景极具复杂性和多样性，对于机器人的调控精度需求也随之升高。

[0003] 而相关技术大多采用闭环控制的方式对机器人的速度进行调控，上述调控方式存在滞后性，无法满足对机器人运行速度进行预先调控的需求。

[0022] 为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

[0023] 在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。

[0024] 目前，由于工业机器人广泛应用于各大生产领域，其在高精度装配应用场景中的重要性也日渐显现。而相关技术大多采用闭环控制的方式对机器人的速度进行调控，上述调控方式存在滞后性，无法满足对机器人运行速度进行预先调控的需求。

[0025] 有鉴于此，本申请实施例提供一种机器人运行调控方法、电子设备及机器人，可以在机器人执行任务前，预先模拟确定机器人执行任务过程中的转矩信息，而后根据转矩信息对机器人的运行速度进行预先调控，以保护目标关节对应电机的运行安全，发挥目标关节对应电机的效能。

[0026] 根据本申请实施例的第一方面，本申请提出一种机器人运行调控方法。图1为本申请实施例提供的一种机器人运行调控方法100的流程性示意。如图1所示，方法100可以包括以下步骤：

[0027] 步骤S110，获取目标机器人的参数信息和工况信息，其中，参数信息包括：目标机器人目标关节的臂长、减速比、目标关节对应的电机额定转矩以及电机转矩限值，工况信息包括：负载质量以及负载的运动轨迹。

[0028] 需要说明的是，上述参数信息还可以包括目标机器人的型号信息、厂牌信息等。上述工况信息还可以包括目标任务的任务类型信息、负载的几何形状信息以及负载的质量分布信息等。

[0029] 在一些可行的实施方式中，上述目标机器人目标关节的臂长、减速比、目标关节对应的电机额定转矩以及电机转矩限值可以根据目标机器人的型号信息、厂牌信息等云端查询确定。示例性地，可以根据目标机器人的型号信息、厂牌信息等，确定目标机器人目标关节的臂长、减速比以及目标关节对应电机的型号信息和厂牌信息，而后根据目标关节对应电机的型号信息和厂牌信息云端查询确定目标关节对应的电机额定转矩以及电机转矩限值。上述负载质量以及负载的运动轨迹，可以根据目标任务的任务类型信息确定。

[0030] 在一些可行的实施方式中，上述参数信息和工况信息还可以根据仿真模型仿真确定。

[0031] 步骤S120，基于动力学模型根据参数信息和工况信息，确定目标机器人执行目标任务过程中目标关节的转矩信息，其中，转矩信息包括：最大转矩和/或平均转矩。

[0032] 在一些可行的实施方式中，上述动力学模型可以基于参数信息和工况信息，根据动力学方程建立。上述动力学模型可以根据目标机器人目标关节的臂长、减速比、负载质量以及负载的运动轨迹模拟输出目标机器人目标关节执行目标任务过程中所需要的最大转矩和/或平均转矩。示例性地，上述动力学模型可以模拟输出目标机器人目标关节执行目标任务过程中所需要的转矩曲线，而后基于转矩曲线确定上述最大转矩和/或平均转矩。

[0033] 其中，上述动力学模型可以存储于目标机器人的运行程序中的插补模块中，用于自动调控目标机器人，上述动力学模型还可以存储于目标机器人的后台控制系统中，便于技术人员实时查看、修正目标机器人的运行情况。

[0034] 步骤S130，根据转矩信息，调控目标机器人目标关节的运行参数，其中，所述运行参数包括：运行速度和/或运行加速度。

[0035] 在一些可行的实施方式中，上述运行速度可以包括运行线速度和运行角速度，上述运行加速度可以包括运行线加速度以及运行角加速度。示例性地，可以将最大转矩和/或平均转矩与电机转矩限值相比较或将最大转矩和/或平均转矩与电机额定转矩相比较，根据比较结果对应调控目标机器人目标关节的运行速度和/或运行加速度升高或降低。

[0036] 基于此，本申请提出的机器人运行调控方法，通过获取目标机器人的参数信息和工况信息，其中，参数信息包括：目标机器人目标关节的臂长、减速比、目标关节对应的电机额定转矩以及电机转矩限值，工况信息包括：负载质量以及负载的运动轨迹；基于动力学模型根据参数信息和工况信息，可以精准预测确定目标机器人执行目标任务过程中目标关节的转矩信息，其中，转矩信息包括：最大转矩和/或平均转矩；而后根据转矩信息，在无需额外改变目标机器人目标关节的运行轨迹的情况下，对目标机器人目标关节的运行速度和/或运行加速度进行预先调控，以保护目标关节对应电机的运行安全，发挥目标关节对应电机的效能。

[0037] 图2为本申请实施例提供的另一种机器人运行调控方法的流程性示意图。如图2所示，在一些可行的实施方式中，步骤S120，基于动力学模型根据参数信息和工况信息，确定目标机器人执行目标任务过程中目标关节的转矩信息可以包括：

[0038] 步骤S121，根据参数信息和工况信息，确定转动惯量、偏心距以及目标关节的运动轨迹。

[0039] 示例性地，上述工况信息还可以包括目标任务的任务类型信息、负载的几何形状信息以及负载的质量分布信息等。上述转动惯量可以根据上述负载质量、负载的几何形状、负载的质量分息以及目标机器人执行上述目标任务过程中负载回转中心线至上述目标机器人的目标旋转轴线的距离确定。

[0040] 上述偏心距可以通过建立坐标系确定。示例性地，可以根据目标机器人的参数信息建立坐标系，将目标机器人自由度较小的关节原点或将目标机器人关节中的固定端作为坐标系原点，以目标机器人的水平移动方向作为第一坐标轴方向，以垂直于地面方向为第三坐标系方向，根据上述第一坐标轴方向和上述第三坐标轴方向基于右手法则，确定第二坐标轴方向。具体地，以SCARA机器人为例，可以以上述目标机器人各目标关节处于零位时，也即SCARA机器人处于直臂状态下，直臂原点为坐标轴原点，SCARA机器人J4轴末端沿直臂方向为第一坐标轴方向，以垂直于地面方向为第三坐标轴方向，根据上述第一坐标轴方向和上述第三坐标轴方向基于右手法则，确定第二坐标轴方向。在机器人基于预设程序算法完成坐标系建立后，上述偏心距可以根据负载回转中心与第一坐标轴方向的偏心距和负载回转中心线与第二坐标轴方向的偏心距确定，其中，上述偏心距为第一坐标轴方向偏心距和第二坐标轴方向偏心距的合成量。具体地，其中，第一坐标轴方向偏心距可以基于负载回转中心的第一坐标确定，第二坐标轴方向偏心距可以基于负载回转中心的第二坐标确定。需要说明的是，上述坐标系建立方式可以根据负载的运动轨迹信息或目标关节的运动轨迹信息确定，在此不做具体限定。

[0041] 上述目标关节的运动轨迹信息可以根据目标任务中负载的运动轨迹信息、负载的几何形状信息以及负载的质量分布信息确定。

[0042] 步骤S122，基于动力学模型根据负载质量、转动惯量、偏心距以及目标关节的运动轨迹，确定转矩信息。

[0043] 在一些可行的实施方式中，基于动力学模型根据负载质量、转动惯量、偏心距以及目标关节的运动轨迹可以预测目标关节在执行目标任务过程中的最大转矩和/或平均转矩，而后根据上述最大转矩和/或平均转矩调控目标机器人目标关节的运行速度和/或运行加速度。

[0044] 基于此，上述方法可以根据参数信息和工况信息，精准预测转动惯量、偏心距以及目标关节的运动轨迹，而后基于动力学模型根据负载质量、转动惯量、偏心距以及目标关节的运动轨迹，精准预测目标关节在执行目标任务过程中的最大转矩和/或平均转矩，为根据上述最大转矩和/或平均转矩调控目标机器人执行上述目标任务过程中各目标关节的运行速度和/或运行加速度提供精准数据支持，从而在保护目标关节对应电机的运行安全，发挥目标关节对应电机的效能的情况下，提高对目标机器人目标关节运行速度和/或运行加速度的调控精度。

[0045] 图3为本申请实施例提供的又一种机器人运行调控方法的流程性示意图。如图3所示，在一些可行的实施方式中，步骤S130，根据转矩信息，调控目标机器人目标关节的运行参数可以包括：

[0046] 步骤S131，在最大转矩大于电机转矩限值的情况下，根据最大转矩和电机转矩限值，降低目标关节的运行速度和/或运行加速度以使最大转矩小于或等于电机转矩限值。

[0047] 示例性地，在上述最大转矩大于上述电机转矩限值的情况下，可以根据上述最大转矩和上述电机转矩限值，基于目标关节对应的电机的转矩输出曲线控制目标关节的运行速度和/或运行加速度降低，以使上述最大转矩小于或等于上述电机转矩限值。

[0048] 基于此，上述方法通过在最大转矩大于电机转矩限值的情况下，根据最大转矩、电机转矩限值，降低目标关节的运行速度和/或运行加速度以使最大转矩小于或等于电机转矩限值可以避免目标机器人在执行目标任务过程中，目标关节对应电机发生过载，降低目标机器人各个目标关节对应电机的故障率，延长目标机器人各个目标关节对应电机的使用寿命，提高目标机器人运行过程中的安全性。

[0049] 在一些可行的实施方式中，还可以在最大转矩尚未达到电机转矩限值的情况下，即对目标关节的速度进行调控，以实现对电机的进一步预先保护。具体地，在目标关节运行至目标位置或目标时刻所需要的最大转矩与电机转矩限值的差值小于或等于电机转矩预设阈值的情况下，降低该目标位置或目标时刻的上述目标关节的运行速度和/或运行加速度，以使上述目标关节运行至目标位置或目标时刻所需要的最大转矩与电机转矩限值的差值大于电机转矩预设阈值，以进一步防止电机发生过载。其中，上述电机转矩预设阈值可以根据用户对目标机器人目标关节对应电机的保护需求确定。具体地，上述电机转矩预设阈值与上述用户对目标机器人电机的保护需求呈负相关，也即，用户对目标机器人电机的保护需求越高，则上述电机转矩预设阈值越小。

[0050] 在一些可行的实施方式中，上述方法还包括：获取目标关节转矩限值；根据最大转矩、电机转矩限值以及目标关节转矩限值，确定速度调控比例参数和/或加速度调控比例参数；根据速度调控比例参数降低目标关节的运行速度，以使最大转矩小于或等于电机转矩限值；和/或，根据加速度调控比例参数调控降低目标关节的运行加速度，以使最大转矩小于或等于电机转矩限值；其中，加速度调控比例参数为速度调控比例参数的平方。

[0051] 在一些可行的实施方式中，上述目标关节转矩限值可以基于以下式确定：

[0052]

[0053] 其中，C为目标关节转矩限值，QN为目标关节转矩，nN为目标关节减速比，JNm为目标关节电机轴部件的转动惯量， 为目标关节加速度限值。

[0054] 示例性地，以SCARA机器人为例，在目标关节为第一关节的情况下，目标关节转矩可以基于以下式确定：

[0055]

[0056] 其中，Q1为第一关节转矩，Ic1为第一关节质心处的转动惯量，Ic2为第二关节质心处的转动惯量，m1为第一关节的质量，lb1为第一关节对应的轴的质心与第一关节中心点的距离，m2为第二关节的质量，l1为第一关节的臂长，lb2为第二关节对应的轴的质心与第二目标关节中心点的距离，θ2为第二关节的角度， 为第一关节的加速度， 为第二关节的加速度， 为第一关节的速度， 为第二关节的速度。

[0057] 在目标关节为第二关节的情况下，目标关节转矩可以基于以下式确定：

[0058]

[0059] 其中，Q2为第二关节转矩，Ic2为第二关节质心处的转动惯量，m2为第二关节的质量，lb2为第二关节对应的轴的质心与第二关节中心点的距离，l1为第一关节的臂长,θ2为第二关节的角度, 为第一关节的加速度， 为第二关节的加速度， 为第一关节的速度。

[0060] 在一些可行的实施方式中，上述速度调控比例参数可以基于以下式确定：

[0061] K＝sqrt(1‑(Tmax‑Tlim)/C)        (4)

[0062] 其中，K为速度调控比例参数，Tmax为最大转矩，Tlim为电机转矩限值，C为目标关节转矩限值。

[0063] 在一些可行的实施方式中，上述加速度控比例参数可以基于以下式确定：

[0064] Ka＝1‑(Tmax‑Tlim)/C       (5)

[0065] 其中，Ka为加速度调控比例参数，Tmax为最大转矩，Tlim为电机转矩限值，C为目标关节转矩限值。

[0066] 在一些可行的实施方式中，在最大转矩大于电机转矩限值的情况下，可以控制目标关节的运行速度降低至目标速度，其中，目标速度为当前速度与速度调控比例参数的乘积，和/或，控制目标关节的运行加速度降低至目标加速度，其中，目标加速度为当前加速度与加速度调控比例参数的乘积。

[0067] 基于此，本申请根据最大转矩、电机转矩限值以及目标关节转矩限值，精准确定目标关节的速度调控比例参数和/或加速度调控比例参数，在最大转矩大于电机转矩限值的情况下，根据上述速度调控比例参数精准降低目标关节的速度至目标速度，和/或，根据上述加速度调控比例参数精准降低目标速度的加速度至目标加速度，以使最大转矩小于或等于电机转矩限值，可以实现预先靶向调控目标机器人执行目标任务过程中目标位置或目标时刻的速度和/或加速度，以保障在执行目标任务过程中目标机器人目标关节对应电机的运行转矩小于或等于电机限值，从而调高目标关节对应电机的运行安全。

[0068] 在一些可行的实施方式中，步骤S130，根据转矩信息，调控目标机器人目标关节的运行参数还可以包括：

[0069] 步骤S132，在平均转矩大于电机转矩限值的情况下，根据平均转矩和电机转矩限值，降低目标关节的运行速度和/或运行加速度以使平均转矩小于或等于电机转矩限值。

[0070] 示例性地，在上述平均转矩大于上述电机转矩限值的情况下，可以根据上述平均转矩和电机转矩限值，基于上述目标关节对应的电机的转矩输出曲线降低目标关节的运行速度和/或运行加速度，以使上述平均转矩小于或等于上述电机转矩限值。

[0071] 基于此，上述方法在平均转矩大于电机转矩限值的情况下，根据平均转矩和电机转矩限值，降低目标关节的运行速度和/或运行加速度以使平均转矩小于或等于电机转矩限值，可以在保障目标关节对应电机运行安全的情况下，避免目标关节在目标位置或目标时刻由于电机运行不稳定造成负载损坏、颠簸等情况，从而提高目标关节在执行目标任务过程中的稳定性，保障目标机器人的稳定运行，提高负载在移动过程中的安全性。

[0072] 在一些可行的实施方式中，为保障目标机器人的平稳运行，还可以在平均转矩尚未达到电机转矩限值的情况下，根据平均转矩、电机额定转矩以及电机转矩限值，基于上述目标关节对应的电机的转矩输出曲线调控目标关节的运行速度。具体地，在平均转矩大于电机额定转矩，小于或等于电机转矩限值的情况下，降低目标位置或目标时刻的上述目标关节的运行速度和/或运行加速度，以使上述平均转矩小于或等于电机额定转矩，以提高目标机器人目标关节的稳定作业能力，提高目标机器人目标关节的使用寿命。

[0073] 在一些可行的实施方式中，上述方法还包括：根据电机额定转矩和电机转矩限值，确定速度调控比例参数和/或加速度调控比例参数；根据速度调控比例参数降低目标关节的运行速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值；和/或，根据加速度调控比例参数降低目标关节的运行加速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值；其中，加速度调控比例参数为速度调控比例参数的平方。

[0074] 示例性地，上述电机额定转矩和上述电机转矩限值可以根据参数信息，基于目标机器人的型号信息、电机的厂牌信息等云端查询确定。

[0075] 在一些可行的实施方式中，上述速度调控比例参数可以基于以下式确定：

[0076]

[0077] 其中，K为速度调控比例参数，Ko为第一参数，Tmean为预设倍数的电机额定转矩,Tr为电机扭矩限值，A为第二参数。

[0078] 需要说明的是，上述电机扭矩限值等于上述电机转矩限值。上述预设倍数可以是用户根据实际需求自定义的，具体地，可以取值为1.15。

[0079] 其中，上述第一参数Ko可以根据以下式确定：

[0080]

[0081] 其中，Ko为第一参数，Tmean为预设倍数的电机额定转矩，Tr为电机扭矩限值，A为第二参数。需要说明的是，上述电机扭矩限值等于上述电机转矩限值。上述预设倍数可以是用户根据实际需求自定义的，具体地，可以取值为1.15。

[0082] 其中，第二参数可以根据以下式确定：

[0083]

[0084] 其中，A为第二参数，T(t)为每个瞬时时刻的力矩值，N为离散插补时间，i为从0到插补完成对应的时间节点。

[0085] 在一些可行的实施方式中，可以根据上述速度调控比例参数，确定目标运行速度，其中，上述目标运行速度为目标位置或目标时刻运行速度与上述速度调控比例参数的乘积，降低目标关节在目标位置或目标时刻运行速度至上述目标速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值。和/或，根据上述加速度调控比例参数，确定目标运行加速度，其中，上述目标运行加速度为目标位置或目标时刻运行加速度与上述加速度调控比例参数的乘积，降低目标位置或目标时刻运行加速度至上述目标加速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值。

[0086] 基于此，上述方法可以在平均转矩大于电机转矩限值的情况下，根据电机额定转矩和电机转矩限值，精准确定速度调控比例参数和/或加速度调控比例参数；根据速度调控比例参数精准降低目标关节的运行速度至目标运行速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值；和/或，根据加速度调控比例参数降低目标关节的运行加速度至目标加速度，以使平均转矩小于或等于电机转矩限值，从而实现在目标机器人执行目标任务过程中，预先靶向调控目标时刻或目标位置对应的速度和/或加速度，提高对目标机器人执行上述目标任务过程中目标关节的运行速度和/或运行加速度设计精度，避免目标机器人执行任务过程中发生电机过载，降低目标机器人硬件损坏概率，延长目标机器人使用寿命，保障后续目标任务的稳定执行。

[0087] 在一些可行的实施方式中，上述方法还包括：在存在至少两个目标关节的最大转矩和/或平均转矩大于电机转矩限值的情况下，根据至少两个目标关节对应的速度调控比例参数中的较小值，降低至少两个目标关节的运行速度；和/或，根据至少两个目标关节对应的加速度调控比例参数中的较小值，降低至少两个目标关节的运行加速度。

[0088] 示例性地，在目标机器人执行上述目标任务过程中，目标关节之间存在物理关联或运动关联的情况下，为提高目标关节之间相互运动的连续性，提高目标机器人执行目标任务过程中的平稳性，在存在至少两个目标关节的最大转矩大于电机转矩限值，和/或，平均转矩大于电机额定转矩的情况下，根据至少两个目标关节对应的速度调控比例参数中的较小值，降低上述至少两个目标关节的运行速度，和/或，根据至少两个目标关节对应的加速度调控比例参数中的较小值，降低上述至少两个目标关节的运行加速度，以使上述至少两个目标关节的最大转矩小于或等于电机转矩限值，上述平均转矩小于或等于电机转矩限值。

[0089] 基于此，上述方法通过在存在至少两个目标关节的最大转矩和/或平均转矩大于电机转矩限值的情况下，根据至少两个目标关节对应的速度调控比例参数中的较小值，降低至少两个目标关节的运行速度；和/或，根据至少两个目标关节对应的加速度调控比例参数中的较小值，降低至少两个目标关节的运行加速度，有利于保持上述至少两个目标关节的降速梯度的一致性，降低上述至少两个目标关节由于调速差异较大发生较大相对摩擦的概率，提高目标机器人执行目标任务过程中的平稳性。

[0090] 在一些可行的实施方式中，步骤S130，根据转矩信息，调控目标机器人目标关节的运行参数还可以包括：

[0091] 步骤S133，在电机转矩限值与最大转矩的差值大于第一预设阈值的情况下，根据差值，升高目标关节的运行速度以及运行加速度以使差值小于或等于第一预设阈值。

[0092] 示例性地，上述第一预设阈值可以根据用户对目标机器人目标关节对应电机的保护需求确定。具体地，上述第一预设阈值与上述用户对目标机器人电机的保护需求呈正相关，也即，用户对目标机器人电机的保护需求越高，则上述第一预设阈值越大。可以理解的是，可以根据用户对不同目标关节的保护需求或不同关节电机易发生过载的概率分别设定不同目标关节电机对应的第一预设阈值。

[0093] 在一些可行的实施方式中，在目标机器人目标关节的运行过程中，模拟确定的最大转矩小于电机转矩限值，且电机转矩限值与最大转矩的差值较大的情况下，也即在电机转矩限值与最大转矩的差值大于第一预设阈值的情况下，可以根据上述差值，升高目标关节的运行速度以及运行加速度以使上述差值小于或等于第一预设阈值，以充分发挥目标关节对应电机的性能，提高目标任务的完成效率。

[0094] 基于此，上述方法通过在电机转矩限值与最大转矩的差值大于第一预设阈值的情况下，根据差值，靶向升高目标关节的运行速度以及运行加速度以使差值小于或等于第一预设阈值，可以充分目标关节对应电机的性能，提高目标任务的完成效率。

[0095] 根据本申请实施例的第二方面，本申请提出一种电子设备。图4为本申请实施例提供的一种电子设备300的结构性示意图。如图4所示，电子设备300包括处理器310和存储器320，其中，存储器320中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器310运行时用于执行第一方面任一项所述的的机器人运行调控方法。

[0096] 根据本申请实施例的第三方面，本申请提出一种机器人，上述机器人采用如上任一项所述的机器人运行调控方法，或，具有如上所述的电子设备。

[0097] 本领域普通技术人员通过阅读上述有关机器人运行调控方法的相关描述，可以理解电子设备及机器人的具体细节以及有益效果，为了简洁在此不再赘述。

[0098] 需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

[0099] 以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

[0100] 尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。

[0101] 显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。