[發(fā)明專利]一種基于關(guān)節(jié)位置控制器的機(jī)器人末端力控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610160345.2
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105676898B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周揚(yáng);魏春嶺;朱志斌;王勇;徐拴鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D15/00
• 分類號: G05D15/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明一種基于關(guān)節(jié)位置控制器的機(jī)器人末端力控制方法，將機(jī)器人末端與目標(biāo)之間的接觸力作為輸入，基于機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置控制器，通過對機(jī)器人各關(guān)節(jié)的角度控制實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人末端的力控制，包括根據(jù)機(jī)器人末端運(yùn)動的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，及機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)方程，計(jì)算與機(jī)器人末端位置對應(yīng)的機(jī)器人各關(guān)節(jié)起始和終止角度；根據(jù)得到的機(jī)器人各關(guān)節(jié)起始和終止角度，及多項(xiàng)式插值方程，計(jì)算機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動的連續(xù)角度函數(shù)；根據(jù)得到的各關(guān)節(jié)運(yùn)動的連續(xù)角度函數(shù)，及機(jī)器人末端所受的接觸力，計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)位置控制器控制信號。該方法既保證了機(jī)器人末端運(yùn)動的位置精度，又避免了機(jī)器人末端與外界的接觸力過大，并可以通過控制參數(shù)設(shè)定接觸力大小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于位置控制的力控制方法，尤其涉及一種基于關(guān)節(jié)位置控制器的機(jī)器人末端力控制方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人的多數(shù)操作任務(wù)是通過各關(guān)節(jié)的位置控制使其末端與目標(biāo)接觸完成的，如果接觸力過大，會導(dǎo)致機(jī)器人本體或目標(biāo)損壞，因此在機(jī)器人作業(yè)過程中，如何保持末端與目標(biāo)接觸并控制接觸力是機(jī)器人能否順利完成操作任務(wù)的關(guān)鍵問題之一。

為了使機(jī)器人末端與目標(biāo)接觸并保持一定的接觸力，以往的方法可以分為三類。一類方法是根據(jù)目標(biāo)的幾何形狀設(shè)計(jì)具有一定柔性的機(jī)器人末端專用裝置；另一類方法是利用具有力控制功能的機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器，控制機(jī)器人末端與目標(biāo)之間的接觸力；還有一類方法是直接測量機(jī)器人末端與目標(biāo)之間的接觸力，通過實(shí)時的機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)或者逆動力學(xué)解算，對機(jī)器人末端的位置或速度進(jìn)行修正。

現(xiàn)有的機(jī)器人末端力控制方法中，為機(jī)器人末端加裝專用柔性裝置由于要求裝置的柔性必須與目標(biāo)匹配，所以該方法比較局限，而且研制成本較高；具有力控制功能的機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器技術(shù)尚不成熟，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難；基于機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)或者動力學(xué)實(shí)時解算的力控制方法嚴(yán)重依賴于算法的可靠性，并且運(yùn)算量較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題：克服現(xiàn)有機(jī)器人力控制技術(shù)不能直接應(yīng)用于一般機(jī)器人的問題，提供一種利用機(jī)器人自身的關(guān)節(jié)位置控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端力控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于關(guān)節(jié)位置控制器的機(jī)器人末端力控制方法，包括以下步驟：

1)將期望的機(jī)器人末端運(yùn)動的起點(diǎn)位置矢量p_o和終點(diǎn)位置矢量p_t，代入機(jī)器人的逆運(yùn)動學(xué)方程，分別計(jì)算得出機(jī)器人每個關(guān)節(jié)運(yùn)動的起始角度矢量θ_o和終止角度矢量θ_t；

2)根據(jù)步驟1)得到的每個關(guān)節(jié)運(yùn)動的起始角度矢量θ_o和終止角度矢量θ_t，通過多項(xiàng)式插值計(jì)算得出連續(xù)的關(guān)節(jié)運(yùn)動角度函數(shù)，函數(shù)輸入為時間計(jì)數(shù)t，函數(shù)輸出為關(guān)節(jié)角度θ(t)；

3)設(shè)定期望接觸力f_d，其中期望接觸力f_d包括最大期望接觸力f_dmax和最小期望接觸力f_dmin；

4)接觸力控制環(huán)節(jié)將機(jī)器人末端與目標(biāo)的實(shí)際接觸力f與步驟3設(shè)定的期望接觸力f_d比較，如果f>f_dmax，則時間計(jì)數(shù)t增加Δt，Δt為機(jī)器人控制指令的執(zhí)行周期；如果f<f_dmin，則時間計(jì)數(shù)t減小Δt；如果f_dmin≤f≤f_dmax，則時間計(jì)數(shù)t不變，即

5)將步驟4)得到的時間計(jì)數(shù)t，代入到步驟2)得到的關(guān)節(jié)運(yùn)動角度函數(shù)，計(jì)算得出期望關(guān)節(jié)角度θ；

6)將步驟5)得到期望關(guān)節(jié)角度θ作為控制指令發(fā)送給機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置控制器，關(guān)節(jié)位置控制器根據(jù)控制指令控制機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動。