[發(fā)明專利]一種機器人浮動控制方法、裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611056535.6
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108115669B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 曲道奎;徐方;鄒風山;楊奇峰;宋吉來;劉世昌;趙彬
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽新松機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

1.一種機器人浮動控制系統(tǒng)，其特征在于，包括機器人控制器、電機驅(qū)動器及機器人本體，所述機器人本體包括多個用于實現(xiàn)機器人本體動作的電機，所述機器人控制器和所述電機驅(qū)動器之間采用控制總線連接，所述電機驅(qū)動器與所述電機采用動力線連接；

所述機器人控制器，用于機器人運動的運動學計算和軌跡規(guī)劃，通過控制總線將運動指令發(fā)送給電機驅(qū)動器；

所述電機驅(qū)動器，用于控制電機運行，實現(xiàn)關節(jié)的運動控制，與所述機器人本體之間通過編碼器讀取所述電機的位置信息和電流信息計算電機轉(zhuǎn)矩，所述機器人控制器，通過電機轉(zhuǎn)矩、慣量、摩擦信息與機器人動力學融合計算外作用力，并按照力位混合控制結(jié)構(gòu)進行控制，在力閉環(huán)和位置閉環(huán)之間通過選擇矩陣進行切換，所述機器人控制器進行浮動控制時由矩陣選擇切換到力控制模式進行控制，以完成浮動控制操作；

所述在機器人控制器中計算外作用力，具體為：

采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制時的電機轉(zhuǎn)矩方程、電機慣量和摩擦參數(shù)的影響以及機器人完整動力學方程，得到電機端的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

其中為電機轉(zhuǎn)矩，n_p為極對數(shù)，ψ_f為磁場系數(shù)，i_sq為q軸電流，J_m為電機轉(zhuǎn)子的慣量，q為關節(jié)角度矢量，q_m為電機角度變量，為電機轉(zhuǎn)子處的摩擦力矩，N為減速器的加速比，為機器人關節(jié)處的摩擦力矩，τ_ext為施加在關節(jié)上的外作用力矩，M(q)為關節(jié)空間慣性矩陣，為哥氏力和向心力計算矩陣，g(q)為重力項向量，

帶入關節(jié)角度關系，得到：

其中：τ為由機器人動力學計算得到的關節(jié)轉(zhuǎn)矩；

確定施加在關節(jié)上的外作用力矩τ_ext：

代入電機轉(zhuǎn)矩模型和關節(jié)轉(zhuǎn)矩關系，得到：

代入雅可比矩陣的力傳遞關系，得到基于機器人本體末端六維廣義外作用力F_ext為：

利用所述外作用力F_ext結(jié)合力位混合控制進行所述機器人本體的浮動控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機為伺服電機。

3.一種機器人浮動控制方法，其特征在于，包括：

獲取電機位置和電流信息；

利用所述電機位置和電流信息計算電機轉(zhuǎn)矩；

計算外作用力并按照力位混合控制結(jié)構(gòu)進行控制；

在力閉環(huán)和位置閉環(huán)之間選擇所需矩陣進行切換；

在進行浮動控制時將矩陣選擇切換到力控制模式，以實現(xiàn)浮動控制操作；

計算外作用力并按照力位混合控制結(jié)構(gòu)進行控制，具體為：

采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制時的電機轉(zhuǎn)矩方程、電機慣量和摩擦參數(shù)的影響以及機器人完整動力學方程，得到電機端的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

其中為電機轉(zhuǎn)矩，n_p為極對數(shù)，ψ_f為磁場系數(shù)，i_sq為q軸電流，J_m為電機轉(zhuǎn)子的慣量，q為關節(jié)角度矢量，q_m為電機角度變量，為電機轉(zhuǎn)子處的摩擦力矩，N為減速器的加速比，為機器人關節(jié)處的摩擦力矩，τ_ext為施加在關節(jié)上的外作用力矩，M(q)為關節(jié)空間慣性矩陣，為哥氏力和向心力計算矩陣，g(q)為重力項向量，

帶入關節(jié)角度關系，得到：

其中：τ為由機器人動力學計算得到的關節(jié)轉(zhuǎn)矩；

確定施加在關節(jié)上的外作用力矩τ_ext：

代入電機轉(zhuǎn)矩模型和關節(jié)轉(zhuǎn)矩關系，得到：

代入雅可比矩陣的力傳遞關系，得到基于機器人本體末端六維廣義外作用力F_ext為：

利用所述外作用力F_ext結(jié)合力位混合控制進行所述機器人本體的浮動控制。

4.一種機器人浮動控制裝置，其特征在于，包括：

獲取單元，用于獲取電機位置和電流信息；

第一計算單元，用于利用所述電機位置和電流信息計算電機轉(zhuǎn)矩；

第二計算單元，用于計算外作用力并按照力位混合控制結(jié)構(gòu)進行控制；

切換單元，用于在力閉環(huán)和位置閉環(huán)之間選擇所需矩陣進行切換；

控制單元，用于在進行浮動控制室將矩陣選擇切換到力控制模式，以實現(xiàn)浮動控制操作；

所述計算外作用力并按照力位混合控制結(jié)構(gòu)進行控制：

采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制時的電機轉(zhuǎn)矩方程、電機慣量和摩擦參數(shù)的影響以及機器人完整動力學方程，得到電機端的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

其中為電機轉(zhuǎn)矩，n_p為極對數(shù)，ψ_f為磁場系數(shù)，i_sq為q軸電流，J_m為電機轉(zhuǎn)子的慣量，q為關節(jié)角度矢量，q_m為電機角度變量，為電機轉(zhuǎn)子處的摩擦力矩，N為減速器的加速比，為機器人關節(jié)處的摩擦力矩，τ_ext為施加在關節(jié)上的外作用力矩，M(q)為關節(jié)空間慣性矩陣，為哥氏力和向心力計算矩陣，g(q)為重力項向量，

帶入關節(jié)角度關系，得到：

其中：τ為由機器人動力學計算得到的關節(jié)轉(zhuǎn)矩；

確定施加在關節(jié)上的外作用力矩τ_ext：

代入電機轉(zhuǎn)矩模型和關節(jié)轉(zhuǎn)矩關系，得到：

代入雅可比矩陣的力傳遞關系，得到基于機器人本體末端六維廣義外作用力F_ext為：

利用所述外作用力F_ext結(jié)合力位混合控制進行所述機器人本體的浮動控制。