主从运动映射方法和系统与流程

本申请涉及工业控制领域，特别是涉及主从运动映射方法和系统。

背景技术：

在核工业中，许多工作要在密闭的屏蔽室中进行。为防止核辐射泄漏，箱室内各种设备的移动、操作和检验维修需要通过电随动机械手以远程方式实现，远程遥控操作技术大幅减轻操作人员的辐照伤害与操作疲劳。

核工业屏蔽室中常常充满辐射和酸雾，内部各类设备很多且工作空间小，这对远程遥控操作的从设备（例如电随动机械手等）提出了较高的要求。而一般工业用的从设备因其不耐强辐照和不耐化学腐蚀，无法在核工业屏蔽室中使用。

现有技术中，多采用云台摄像机且带有红外感知能力的摄像头，获取从设备的方位及形态，经过处理器处理后对电随动机械手进行控制，例如在一些相关技术中公开了一种以arm11作为处理器、dsp微处理器作为协同处理器的嵌入式对云台摄像获取从设备的方位及形态建立目标物体在视觉坐标系的三维坐标采用分布式控制方法对数据进行采集、处理、分析和计算，使从设备根据传感器数据对手抓位置进行校准和调整，保证了从设备精准的定位和安全可靠的执行。然而在研究过程发现，上述方式通过在视觉坐标系的三维坐标采用分布式控制方法对数据进行采集、处理、分析和计算，以实现从设备根据传感器数据对手抓位置进行校准和调整，虽然保证了从设备精准的定位和安全可靠的执行的方式，但是无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整。

针对相关技术中无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整的问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种主从运动映射方法和系统，以至少解决相关技术中无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种主从运动映射方法，包括：

通过主设备获取从设备的各关节的目标转角，其中，所述从设备采用齿轮联动耦合与差动耦合的方式控制各关节的转动；

获取所述从设备的各关节对应的电机与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，根据所述传动比和所述目标转角确定所述从设备的各关节对应的电机的自驱转角；

根据所述从设备的各关节的目标转角，以及所述从设备的各关节对应的电机与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，所述补偿转角的数值用于消除因所述各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果；以及根据所述从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定所述补偿转角的补偿方向；

根据所述补偿转角的数值、补偿方向以及所述自驱转角，确定所述从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据所述实际转角控制所述从设备的各关节的转动。

在其中一些实施例中，所述主设备包括同构主手设备，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角包括：

通过转动所述同构主手设备中的各关节，并获取所述同构主手设备中各关节的转角；

根据所述同构主手设备中各关节的转角，确定所述从设备中的各关节的目标转角，其中，所述同构主手设备的各关节在所述从设备中均存在一一对应的关节。

在其中一些实施例中，所述主设备包括异构主手设备，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角还包括：

获取所述异构主手设备输入末端的空间位置和姿态，并通过逆解算法得到所述从设备的各关节的目标角度。

在其中一些实施例中，根据所述从设备的各关节的目标转角，以及所述从设备的各关节对应的电机与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值包括：

根据所述从设备中各关节的连接顺序确定关节序列，获取所述关节序列中的目标关节，并将所述关节序列中位于所述目标关节之前的所有关节均作为在前关节；

根据每个所述在前关节对应的关节转角与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定目标补偿值，根据目标补偿值得到所述目标关节的补偿转角。

在其中一些实施例中，根据所述从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定所述补偿转角的补偿方向包括：

当引起当前齿轮转动的上级齿轮的转动方向与当前齿轮相同时，当前关节对应的电机的补偿转角的数值取正；

当引起当前齿轮转动的上级齿轮的转动方向与当前齿轮不同时，当前关节对应的电机的补偿转角的数值取负。

在其中一些实施例中，根据所述补偿转角的数值、补偿方向以及所述自驱转角，确定所述从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据所述实际转角控制所述从设备的各关节的转动包括：

在所述从设备的第n个关节的上一级关节采用齿轮异向联动耦合的方式控制所述第n个关节的转动的情况下，所述第n个关节的自驱转角aθn=in×θn-1-in×θn，所述第n个关节的补偿转角的数值bθn=in×θn+1+……in×θn，所述第n个关节的实际转角rθn=aθn+bθn，其中，n+1<n，in代表第n个关节的传动比，θn代表第n个关节的目标转角。

在其中一些实施例中，根据所述补偿转角的数值、补偿方向以及所述自驱转角，确定所述从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据所述实际转角控制所述从设备的各关节的转动还包括：

在所述从设备的第n个关节的上一级关节采用齿轮同向联动耦合的方式控制所述第n个关节的转动的情况下，所述第n个关节的自驱转角aθn=in×θn+in×θn+1，所述第n个关节的补偿转角的数值bθn=in×θn+2+……in×θn，所述第n个关节的实际转角rθn=aθn+bθn，其中，n+2<n，in代表第n个关节的传动比，θn代表第n个关节的目标转角。

在其中一些实施例中，根据所述补偿转角的数值、补偿方向以及所述自驱转角，确定所述从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据所述实际转角控制所述从设备的各关节的转动包括：

根据所述电机的当前转角和所述实际转角，获取所述电机的转角差值；

根据所述电机的转角差值，通过s型曲线控制所述电机进行旋转；

通过所述电机进行旋转带动与所述电机对应的关节进行转动。

第二方面，本申请实施例还提供了一种主从运动映射系统，在其中一些实施例中，包括主设备、从设备和控制器，所述主设备、从设备和控制器之间通过信号通讯线缆连接；

所述控制器通过所述主设备获取从设备的各关节的目标转角，其中，所述从设备采用齿轮联动耦合与差动耦合的方式控制各关节的转动；

所述控制器获取所述从设备的各关节对应的电机与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，根据所述传动比和所述目标转角确定所述从设备的各关节对应的电机的自驱转角；

所述控制器根据所述从设备的各关节的目标转角，以及所述从设备的各关节对应的电机与所述从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，所述补偿转角的数值用于消除因所述各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果；以及根据所述从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定所述补偿转角的补偿方向；

所述控制器根据所述补偿转角的数值、补偿方向以及所述自驱转角，确定所述从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据所述实际转角控制所述从设备的各关节的转动。

在其中一些实施例中，所述主设备包括同构主手设备、异构主手设备和/或手持盒设备，其中，手持盒设备用于键入所述从设备中的各关节的目标转角。

相比于相关技术，本申请实施例提供的主从运动映射方法和系统，通过通过主设备获取从设备的各关节的目标转角，其中，从设备采用齿轮联动耦合与差动耦合的方式控制各关节的转动；获取从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，根据传动比和目标转角确定从设备的各关节对应的电机的自驱转角；根据从设备的各关节的目标转角，以及从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，补偿转角的数值用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果；以及根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向；根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动的方式，解决了相关技术中无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整的问题，实现了对电机集成外置结构的主从设备的精确调整。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

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

图1是根据本申请实施例的电随动机械手的控制系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的从设备的结构示意图；

图3是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图一；

图4是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图二；

图5是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图三；

图6是根据本申请实施例的主从运动映射方法的流程图；

图7是根据本申请优选实施例的主从运动映射方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本申请实施例提供的主从运动映射方法可以应用于包括主从设备的系统中，例如，核工业的电随动机械手等。下面以本申请实施例提供的主从运动映射方法应用于核工业的电随动机械手中为例来进行描述和说明。

图1是根据本申请实施例的电随动机械手的控制系统的结构示意图，如图1所示，本申请实施例的电随动机械手的控制系统可以包括：控制柜103、手持盒设备102、异构主手设备101、同构主手设备100、信号通讯线缆104以及控制器（图1中未示出），其中，控制柜103分别与手持盒设备102、异构主手设备101、同构主手设备100以及电随动机械手201的外置电机105相连接，并通过信号通讯线缆104进行数据传输与处理。

需要说明的是，主设备可以包括手持盒设备102、异构主手设备101、同构主手设备100，在一些实施例中，主设备还可以包括控制柜103，本申请不做限定。

本申请实施例电随动机械手的控制系统通过主设备的外部信号输入端（例如同构主手设备100、异构主手设备101或手持盒设备102）输入从设备中各关节的角度、空间位置以及姿态信号，其中，空间位置和姿态信号可以通过本申请实施例中的主从运动映射方法求解，并转换为关节的角度信号，然后由控制器内的齿轮联动与差动耦合补偿算法求解出电机实际转动角度信号，最后再由控制器进行差值细分后以一定频率（例如30mhz等）发送给控制柜内的驱动器，来控制密闭的屏蔽室200内的电随动机械手201进行对应的关节轴转动执行，执行的过程中，电随动机械手201的关节轴的转动动力来源于外置电机箱202，可以由多级齿轮联动与差动耦合传递进入屏蔽室200后驱动关节进行转动。

在其中一些实施例中，图2是根据本申请实施例的从设备的结构示意图，如图2所示，电随动机械手的n个自由度的驱动力，均可以由外置电机通过齿轮组以及同心轴联动与差动耦合后传递至从设备的各关节，进而实现各关节轴在n-1个自由度的转动和夹爪的开合。

图3是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图一，图4是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图二，图5是根据本申请实施例的主从设备的传动原理图三，如图3至图5所示，以n=7为例，从设备中的所有上级m个锥齿轮（m=1~7）的输出均有中转齿轮一一对应（m=1~7）。在从设备采用齿轮差动耦合的方式控制各关节的转动的情况下，若下级有m-1个齿轮中，则第m-1号齿轮对应m-1号与m号两个中转齿轮。在从设备采用齿轮直动耦合的方式控制各关节的转动的情况下，上级齿轮直接驱动关节结构件。图3至图5中具有剖面线的齿轮，且为驱动齿轮及对应的中转齿轮300与下级齿轮，在采用齿轮联动耦合与差动耦合控制中对应的两个中转齿轮的相对运动关系可以决定着第m-1号下级齿轮是进行绕法兰孔轴400的轴心还是绕同心轴500的轴心转动。例如，当第m-1号与第m号两个上级齿轮异向转动驱动第m-1号与第m号两个中转齿轮同向等速转动时，驱动第m-1号下级齿轮绕法兰孔轴400的轴心转动，由于第m-1号下级齿轮与第1号至第m-2号下级齿轮、外壳均为同轴结构，故m-1号下级齿轮绕法兰孔轴400的轴心转动时驱动所有同心结构的关节均会一起绕法兰孔轴400的轴心转动。

在其中一些实施例中，当第m-1号与第m号两个中转齿轮异向等速转动时，驱动第m-1号下级齿轮绕同心轴500的轴心转动，此时m-1号下级齿轮的运动不涉及其他同心结构，将旋转运动传递至下一级关节，除第m-1号下级齿轮对应的上级齿轮第m-1号与第m号齿轮外，其余上级齿轮的旋转运动直接通过对应的中转齿轮传递给下级齿轮，并通过下级齿轮传递给下一关节中对应的上级齿轮。

在其中一些实施例中，当控制器通过逆解算法求解出法兰孔轴400的轴心旋转关节的目标转角mθn时，且为异向差动驱动时，第m-1号与第m号两个上级齿轮通过异向转动驱动m-1与m号两个中转齿轮同向等速转动，根据传动比求得的自驱转角，所有下级齿轮与组件均绕法兰孔轴400的轴心转动关节轴转角gθn，在此过程中下级齿轮中的第m-2号至第1号齿轮产生的被动转动角度需要被补偿，即需要通过电机旋转一定角度控制上级齿轮中的第m-2号至第1号齿轮的旋转补偿角度，以保证第m-2号至第1号齿轮相对同心轴的角度不产生变化。

需要说明的是，传动比可以是指从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比。

在其中一些实施例中，当控制器通过逆解算法求解出同心轴500的轴心旋转关节的目标转角mθn时，且为同向差动驱动时，第m-1号与第m号两个上级齿轮通过同向转动驱动第m-1号与第m号两个中转齿轮异向等速转动，根据传动比求得的自驱转角，所有下级齿轮与组件均绕同心轴500的轴心转动关节的目标转角mθn，在此过程中下级齿轮第m-2号至第1号齿轮产生的被动转动角度需要被补偿，即需要通过电机旋转一定角度控制上级齿轮第m-2号至第1号齿轮的旋转补偿角度，以保证第m-2号至第1号齿轮相对同心轴的角度不产生变化。

在其中一些实施例中，当控制器通过逆解算法求解出关节轴旋转关节轴转角gθn时，且为是直接驱动时，第m号上级齿轮通过第m号两个中转齿轮300或直接驱动关节结构件，所有下级齿轮与组件均绕对应关节轴转动关节轴转角gθn。在此过程中下级齿轮第m-1号至第1号齿轮产生的被动转动角度需要被补偿，即需要通过电机旋转一定角度控制上级齿轮第m-1号至第1号的齿轮的旋转补偿角度，以保证第m-1号至第1号齿轮相对同心轴的角度不产生变化。

在其中一些实施例中，继续参照图1和图2，以核工业电随动机械手有3个关节（例如关节a、关节b、关节c）和7个关节轴为例，7个关节轴分别由7个电机驱动，7个关节轴分别为第一关节轴11、第二关节轴12、第三关节轴13、第四关节轴14、第五关节轴15、第六关节轴16和第七关节轴17，它们的转动方向分别如图1、图2中的1#、2#、3#、4#、5#、6#和7#箭头所示，7个电机分别是第一电机1c、第二电机2c、第三电机3c、第四电机4c、第五电机5c、第六电机6c、第七电机7c，电机与关节轴的序数和驱动关系一一对应，即第n个关节轴由对应的第n个电机通过齿轮组进行驱动，其中，n可以为1至7中的任意整数，在驱动的过程中，下级齿轮的转动不会影响上一级齿轮。

在其中一些实施例中，继续参照图3，关节a可以包括第六关节轴16和第七关节轴17，关节a内设有六个上级齿轮，由上而下依次是第六上级齿轮6a、第五上级齿轮5a、第四上级齿轮4a、第三上级齿轮3a、第二上级齿轮2a、第一上级齿轮1a，该六个上级齿轮可以组成倒锥形的上级齿轮组，关节a内设有五个下级齿轮，由下而上依次可以是第五下级齿轮5b、第四下级齿轮4b、第三下级齿轮3b、第二下级齿轮2b、第一下级齿轮1b，这五个下级齿轮可以组成锥形的下级齿轮组。

在其中一些实施例中，继续参照图4和图5，关节b可以包括第四关节轴14和第五关节轴15，关节b内设有五个上级齿轮，由上而下依次是第五上级齿轮5d、第四上级齿轮4d、第三上级齿轮3d、第二上级齿轮2d、第一上级齿轮1d；关节b内设有四个下级齿轮，由下而上依次可以是第四下级齿轮4e、第三下级齿轮3e、第二下级齿轮2e、第一下级齿轮1e。关节c可以包括第一关节轴11、第二关节轴12和第三关节轴13，关节c内设有四个上级齿轮，由上而下依次是第四上级齿轮4g、第三上级齿轮3g、第二上级齿轮2g、第一上级齿轮1g；关节c内设有三个下级齿轮，由下而上依次可以是第三下级齿轮3f、第二下级齿轮2f、第一下级齿轮1f。其中，第一关节轴11连接机械手末端的执行部件，例如夹爪。在一些实施例中，也可以将第一关节轴11设置在夹爪中，本申请实施例并不做限定。

需要说明的是，图4和图5中有关齿轮和电机的驱动关系均和图3中的一致，在关节a、关节b和关节c中，上级齿轮的齿数依次为6、5、4、3、2、1，下级齿轮的齿数依次为5、4、3、2、1，且齿轮和电机之间的驱动关系可以但不限于是第一电机1c直接驱动第一上级齿轮1a，第二电机2c直接驱动第二上级齿轮2a，间接驱动第一上级齿轮1a等等，以此类推。在本实施例中下级齿轮受齿轮差动与齿轮耦合作用，并不一定与电机一一对应。

下面以本申请实施例中的主从运动映射方法应用于上述电随动机械手的控制系统为例。

本实施例提供了一种主从运动映射方法，图6是根据本申请实施例的主从运动映射方法的流程图，如图6所示，该流程包括如下步骤：

步骤s601，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角，其中，从设备采用齿轮联动耦合与差动耦合的方式控制各关节的转动；

在本步骤中，主设备可以包括但不限于上述实施例中控制柜103、手持盒设备102、异构主手设备101和同构主手设备100。从设备可以包括但不限于上述实施例中的电随动机械手201。

需要说明的是，本实施例中的差动齿轮耦合可以包括：齿轮异向联动耦合和齿轮同向差动耦合。

在其中一些实施例中，主设备包括同构主手设备，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角包括如下步骤：通过转动同构主手设备中的各关节，并获取同构主手设备中各关节的转角；根据同构主手设备中各关节的转角，确定从设备中的各关节的目标转角，其中，同构主手设备的各关节在从设备中均存在一一对应的关节。在本实施例中，通过直接转动同构主手设备中的各关节，并根据同构主手设备中各关节的转角来确定从设备中各关节的目标转角的方式，实现了对从设备中各关节的目标转角的获取。

在其中一些实施例中，主设备包括异构主手设备，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角还包括：获取异构主手设备输入末端的空间位置和姿态，并通过逆解算法得到从设备的各关节的目标角度。在本实施例中，通过逆解算法计算异构主手设备输入末端的空间位置和姿态的方式，实现了对从设备中各关节的目标角度的获取。

在一些其他实施例中，主设备还可以包括手持盒设备102，通过主设备获取从设备的各关节的目标转角还可以包括：获取手持盒设备102输入末端的空间位置和姿态，并通过逆解算法得到从设备的各关节的目标角度。通过上述方式，实现了对从设备中各关节的目标角度的获取。

步骤s602，获取从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，根据传动比和目标转角确定从设备的各关节对应的电机的自驱转角。

在本步骤中，从设备中各关节均有与之对应的传动比，该传动比可以是用户预先设定的。

在本实施例中的齿轮差动耦合方式为异向联动耦合的情况下，可以根据以下公式来计算从设备中第n个关节对应的电机的自驱转角：aθn=in×θn-1-in×θn，其中，in代表第n个关节的传动比，θn代表第n个关节的目标转角。

在本实施例中的齿轮联动与差动耦合方式为同向差动耦合的情况下，可以根据以下公式来计算从设备中第n个关节对应的电机的自驱转角：aθn=in×θn+in×θn+1，其中，in代表第n个关节的传动比，θn代表第n个关节的目标转角，θn+1代表第n个关节的上一级关节的目标转角。

步骤s603，根据从设备的各关节的目标转角，以及从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，补偿转角的数值用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果；以及根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向。

由于从设备中各关节的下一级所有齿轮均受上一级关节转动的影响，进而产生从动影响，因此为了避免从动影响，在本步骤中，通过确定用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果的各关节对应的电机的补偿转角的数值的方式，来对电机进行补偿，避免了从设备中各关节对下一级所有齿轮的从动影响。

需要说明的是，在本实施例中在计算电机的补偿转角时，还需要考虑到各关节与各关节对应的下级关节之间的转向关系，来确定各关节对应的电机的补偿转角的数据的正负，以消除各关节与各关节对的下级关节之间同向转动和异向转动对需要计算的关节带来的影响，提高了对计算从设备中各关节对应的电机的补偿转角的精确度。

在其中一些实施例中，根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向可以包括如下步骤：当引起当前齿轮转动的上级齿轮的转动方向与当前齿轮相同时，当前关节对应的电机的补偿转角的数值取正；当引起当前齿轮转动的上级齿轮的转动方向与当前齿轮不同时，当前关节对应的电机的补偿转角的数值取负。

在本实施例中，通过引起当前齿轮转动的上级齿轮的转动方向与当前齿轮的方向来进行判定，实现了对电机的补偿转角的数值的正负取值。

步骤s604，根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动。

基于步骤s601至步骤s604，通过传动比和目标转角，确定从设备的各关节对应的电机的自驱转角，以及确定用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果的各关节对应的电机的补偿转角的数值，并根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向，最后再根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动的方式，实现了对从设备中各关节的角度补偿，以及实现了对电机集成外置结构的主从设备的精确调整，解决了相关技术中无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整的问题。

在其中一些实施例中，根据从设备的各关节的目标转角，以及从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，补偿转角的数值用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果包括：根据从设备中各关节的连接顺序确定关节序列，获取关节序列中的目标关节，并将关节序列中位于目标关节之前的所有关节均作为在前关节；根据每个在前关节对应的关节转角与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定目标补偿值，根据目标补偿值得到目标关节的补偿转角。

在本实施例中的齿轮联动耦合与差动耦合方式为异向联动耦合的情况下，可以根据以下公式来计算从设备中第n个关节对应的电机的补偿转角的数值：bθn=in×θn+1+……in×θn，其中，in代表第n个关节的传动比，θn+1代表第n+1个关节的目标转角，其中，n+1<n。

在本实施例中的齿轮联动耦合与差动耦合方式为同向差动耦合的情况下，可以根据以下公式来计算从设备中第n个关节对应的电机的补偿转角的数值：bθn=in×θn+2+……in×θn，其中，in代表第n个关节的传动比，θn代表第n个关节的目标转角，θn+1代表第n个关节的上一级关节的目标转角，其中，n+2<n。

通过上述计算方式，实现了对目标关节的补偿转角的计算，可以实现根据上述补偿转角实现对关节的补偿，避免从动影响带来的偏差。

需要说明的是，本实施例中的各个关节连接形式可以为级联形式，在前关节可以是目标关节之前的所有的关节，即目标关节所有的上级关节。

在其中一些实施例中，根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动包括：在从设备的第n个关节的上一级关节采用齿轮异向联动耦合的方式控制第n个关节的转动的情况下，第n个关节的自驱转角aθn=in×θn-1-in×θn，第n个关节的补偿转角的数值bθn=in×θn+1+……in×θn，第n个关节的实际转角rθn=aθn+bθn，其中，n+1<n，in代表第n个关节的传动比。在本实施例中，通过上述计算方式，可以实现在第n个关节的上一级关节采用齿轮异向联动耦合的方式控制第n个关节的转动情况下，对第n个关节实际转角的计算。

在其中一些实施例中，根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动还包括：在从设备的第n个关节的上一级关节采用齿轮同向差动耦合的方式控制第n个关节的转动的情况下，第n个关节的自驱转角aθn=in×θn+in×θn+1，第n个关节的补偿转角的数值bθn=in×θn+2+……in×θn，第n个关节的实际转角rθn=aθn+bθn，其中，n+2<n，in代表第n个关节的传动比。可以实现在第n个关节的上一级关节采用齿轮同向差动耦合的方式控制第n个关节的转动情况下，对第n个关节实际转角的计算。

在其中一些实施例中，根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动包括：根据电机的当前转角和实际转角，获取电机的转角差值；根据电机的转角差值，通过s型曲线控制电机进行旋转；通过电机进行旋转带动与电机对应的关节进行转动。

在本实施例中，通过s型曲线控制电机进行旋转可以包括如下步骤：在电机接收到的输入信号为连续信号的情况下，采用s型曲线的加速至匀速段控制电机进行旋转。

在本实施例中，通过s型曲线控制电机进行旋转还可以包括：在电机接收到的输入信号中断的情况下，采用s型曲线的匀速至减速段控制电机进行旋转。

通过上述方式，当输入信号持续输入时，采用s型速度规划曲线的前半段（加速至匀速段）进行控制，保证输入信号的连续执行以控制电机稳定运行；当输入信号中断时，采用s型速度规划曲线的后半段（匀速至减速段）进行控制，保证电机实现无冲击停止。

下面通过优选实施例对本申请实施例进行描述和说明。

图7是根据本申请优选实施例的主从运动映射方法的流程图。在本实施例中，可以以从设备为电随动机械手为例进行描述和说明，其中，电随动机械手置于屏蔽室内，电机外置于屏蔽室外，如图7所示，该流程包括步骤：

步骤s701，信号选择：当需要电随动机械手进行大范围运动控制的直观操作时，可以选择同构主手设备100作为信号输入，当需要电随动机械手进行小范围精确操作时，可以选择异构主手设备101作为信号输入，当需要电随动机械手201进行直线、圆弧等预设轨迹运动时，可以选择手持盒设备102作为信号输入。

步骤s702，计算第七关节轴17对应的第七电机7c的实际动角度rθ7：

当如图3所示的第七关节轴17转动关节轴转角θ7时，上级齿轮组所对应的第七电机7c的自驱转角aθ7=i7×θ7，补偿转角bθ7=in×θn+1+……in×θn，n=7，n+1<7，由于第七关节轴17对应的齿轮为最上层齿轮，n+1=8，不满足补偿转角公式，故第七关节轴17转动关节轴转角θ7时对应的第七电机7c只需要旋转自驱转角aθ7=i7×θ7，即第七电机7c实际需转动实际转动角度rθ7=i7×θ7来实现第七关节轴17转动θ7。

步骤s703，计算第六关节轴16对应第六电机6c的实际转动角度rθ6：

当如图3所示的第六关节轴6转动关节轴转角θ6时，第六上级齿轮6a所对应的第六电机6c的自驱转角aθ6=i6×θ6，补偿转角bθn=in×θn+1+……in×θn，n=7，n+1<7，补偿电机与驱动该关节轴的转动电机同向转动，引起对应关节转动方向相同时系数取正，相反时系数取负，第六电机6c的补偿转角bθ6=i6×θ7，即第六电机6c实际需转动实际转动角度rθ6=i6×θ6+i6×θ7来实现第六关节轴6转动关节轴转角θ6。

步骤s704，计算第五关节轴15对应第五电机5c的实际转动角度rθ5：

当如图4所示的第五关节轴15转动关节轴转角θ5时，第五上级齿轮5a所对应的第五电机5c的自驱转角aθ5=i5×θ4－i5×θ5，补偿转角bθn=in×θn+1+……in×θn，n=7，n+1<7；补偿电机与驱动该关节转动电机同向转动时，引起对应关节轴的转动方向相同时系数取正，相反时系数取负，第五电机5c的补偿转角bθ5=－i5×θ6+i5×θ7，即第五电机5c实际需转动实际转动角度rθ5=i5×θ4－i5×θ5－i5×θ6+i5×θ7来实现第五关节轴15转动关节轴转角θ5。

步骤s705，计算第四关节轴14对应第四电机4c的实际转动角度rθ4：

当如图4所示的第四关节轴14转动关节轴转角θ4时，第四上级齿轮4a所对应的第四电机4c的自驱转角aθ4=i4×θ4+i4×θ5，补偿转角bθn=in×θn+2+……in×θn，n=7，n+2<7；补偿电机与驱动该关节转动电机同向转动时，引起对应关节转动方向相同时系数取正，相反时系数取负，第四电机4c的补偿转角bθ4=i4×θ6+i4×θ7，即第四电机4c实际需转动实际转动角度rθ4=i4×θ4+i4×θ5+i4×θ6+i4×θ7来实现第四关节轴14转动关节轴转角θ4。

步骤s706，计算第三关节轴13对应第三电机3c的实际转动角度rθ3，因均为上级齿轮异向差动摆动结构，第三电机3c的实际转动角度rθ3的求解方法与第五电机5c的实际转动角度rθ5相同。

步骤s707，计算第二关节轴12对应第二电机2c的实际转动角度rθ2，同理，第二电机2c的实际转动角度rθ2的求解方法与第四电机4c的实际转动角度rθ4相同。

步骤s708，计算第一关节轴11对应第一电机1c的实际转动角度rθ1：

当如图5所示的第一关节轴11转动关节轴转角θ1时，第一上级齿轮1g所对应的第一电机1c的转角受到第二关节轴至第七关节轴的影响，因此，

rθ1=i1×θ1+i1×θ2－i1×θ3－i1×θ4+i1×θ5+i1×θ6－i1×θ7。

步骤s709，根据步骤s702至步骤s708中实际转角度，计算电机n的实际转动角度rθn：

rθn=in×θ1+……in×θn，其中，n=1~n，根据补偿电机与驱动该关节转动电机引起对应关节转动方向正反关系确定系数取正负；

rθ1=i1×θ1+i1×θ2－i1×θ3－i1×θ4+i1×θ5+i1×θ6－i1×θ7；

rθ2=i2×θ2+i2×θ3－i2×θ4－i2×θ5－i2×θ6－i2×θ7；

rθ3=i3×θ2－i3×θ3－i3×θ4+i3×θ5+i3×θ6－i3×θ7；

rθ4=i4×θ4+i4×θ5+i4×θ6+i4×θ7；

rθ5=i5×θ4－i5×θ5－i5×θ6+i5×θ7；

rθ6=i6×θ6+i6×θ7；

rθ7=i7×θ7。

步骤s710，驱动电机n按照步骤s709计算得到的电机实际转动角度rθn进行运转，使电随动机械手的各关节按照各关节对应的实际转动角度rθn执行输出。

本申请实施例通过求解电随动机械手的关节角度，进行齿轮联动耦合与差动耦合分析，求解出电机需进行旋转的角度，解决了电机外置并且存在齿轮差动结构，而造成关节存在从动结果的问题，实现了在充满放射性的核工业工作中电随动机械手的控制。

在本实施例中还提供了一种主从运动映射系统，可以用于执行上述方法，该主从映射系统包括主设备、从设备和控制器，主设备、从设备和控制器之间通过信号通讯线缆连接：控制器通过主设备获取从设备的各关节的目标转角，其中，从设备采用齿轮联动耦合与差动耦合的方式控制各关节的转动；控制器获取从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，根据传动比和目标转角确定从设备的各关节对应的电机的自驱转角；控制器根据从设备的各关节的目标转角，以及从设备的各关节对应的电机与从设备的各关节的上一级关节之间的传动比，确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，其中，补偿转角的数值用于消除因各关节的转动对各关节的下一级关节的从动结果；以及根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向；控制器根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动。

在本实施例中，通过控制器来确定传动比和目标转角，进而确定从设备的各关节对应的电机的自驱转角，以及确定各关节对应的电机的补偿转角的数值，并根据从设备的各关节与各关节的下一级关节的传动耦合关系，确定补偿转角的补偿方向，最后再根据补偿转角的数值、补偿方向以及自驱转角，确定从设备的各关节对应的电机的实际转角，根据实际转角控制从设备的各关节的转动的方式，实现了对从设备中各关节的角度补偿，以及实现了对电机集成外置结构的主从设备的精确调整，解决了相关技术中无法实现对电机集成外置结构的主从设备的精确调整的问题。

在其中一些实施例中，主设备还可以包括同构主手设备、异构主手设备和/或手持盒设备，其中，手持盒设备用于键入从设备中的各关节的目标转角。通过上述设备可以实现关节转角的输入。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除