[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610493680.4
• 申請(qǐng)日: 2016-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107538494A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋吉來(lái);鄒風(fēng)山;楊奇峰;趙彬;劉世昌;張彥超;姜鐵程
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/18
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/18;B25J13/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

早期的工業(yè)機(jī)器人力控制傳感器一般采用六維力/力矩傳感器，這種傳感方式的力控制力檢測(cè)精度高，控制方法簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器人裝配、打磨等應(yīng)用場(chǎng)合。但由于六維力/力矩傳感器安裝在機(jī)器人末端法蘭，往往不能滿足對(duì)各個(gè)連桿的碰撞保護(hù)檢測(cè)，且傳感器價(jià)格昂貴，限制了其應(yīng)用的推廣。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的力控制方式得到越來(lái)越多的應(yīng)用，這種傳感方式將關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在關(guān)節(jié)位置，可以檢測(cè)機(jī)器人任意位置與外部環(huán)境發(fā)生的碰撞。但關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自身具有柔性，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的安裝又增加了關(guān)節(jié)的柔性，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，柔性的增加使機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置控制精度降低，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)器人的位置控制精度，甚至不能有效跟隨給定軌跡，使機(jī)器人性能出現(xiàn)明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法及系統(tǒng)中，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的力控制和力保護(hù)，通過(guò)雙編碼器檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和力控制過(guò)程中的關(guān)節(jié)柔性形變，并將其補(bǔ)償?shù)綑C(jī)器人的控制量中，提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和力控制時(shí)的關(guān)節(jié)控制精度，進(jìn)而提高整個(gè)機(jī)器人的軌跡精度。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供如下解決的技術(shù)方案：

一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電機(jī)、編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器和減速器，其中，所述電機(jī)為機(jī)器人的執(zhí)行單元，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制，所述編碼器包括與電機(jī)相連接且用于測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)處電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的電機(jī)編碼器、與轉(zhuǎn)矩傳感器相連接且用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩傳感器輸出角度的輸出編碼器；所述轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)置在減速器的輸出端，用于測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)矩；所述減速器設(shè)置在電機(jī)和輸出編碼器之間，用于控制減速電機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述輸出編碼器設(shè)置在轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端，所述電機(jī)編碼器設(shè)置在電機(jī)的輸出端，所述電機(jī)的另一端與減速器相連接。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)矩傳感器采用關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器，用于測(cè)量機(jī)器人關(guān)節(jié)處的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，用于機(jī)器人力控制和力保護(hù)。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，所述減速器采用諧波減速器，其中，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器與諧波減速器之間采用齒口配和，螺栓連接。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，所述輸出編碼器的基板與電機(jī)的外殼連接固定，所述電機(jī)控制器與機(jī)器人控制器相連接。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制系統(tǒng)中，所述輸出編碼器的脈沖發(fā)生器與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器相連接，實(shí)現(xiàn)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明還包括一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法，該方法包括如下步驟：

S1、通過(guò)電機(jī)編碼器和輸出編碼器分別采集測(cè)量的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ₁和測(cè)量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出角度θ₂；

S2、所述電機(jī)編碼器測(cè)量的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ₁和輸出編碼器測(cè)量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出角度θ₂通過(guò)第一公式計(jì)算得出所述電機(jī)編碼器和輸出編碼器的角度差，即關(guān)節(jié)柔性形變量Δθ；

S3、所述電機(jī)編碼器測(cè)量的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ₁、關(guān)節(jié)柔性形變量Δθ和機(jī)器人控制器的角度給定端輸入量θ_d通過(guò)第二公式計(jì)算出控制輸入量θ；

S4、所述控制輸入量θ通過(guò)輸入電機(jī)控制器，便于電機(jī)控制器控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法中，所述第一公式為計(jì)算電機(jī)編碼器和輸出編碼器的角度差得到關(guān)節(jié)柔性形變量Δθ＝Kθ₂-θ₁，其中，K為減速器的減速比。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法中，所述第二公式為計(jì)算輸入電機(jī)控制器的控制輸入量θ＝θ_d-Δθ-θ₁。

在本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)矩傳感器和編碼器的機(jī)器人控制方法中，通過(guò)所述電機(jī)編碼器和輸出編碼器的角度差，用于測(cè)量電機(jī)、減速器、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感器在整個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)的柔性形變量，通過(guò)將該柔性形變量補(bǔ)償?shù)綑C(jī)器人控制器的控制量中，提高機(jī)器人關(guān)節(jié)和軌跡的控制精度。