[發明專利]一種機器人浮動控制方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201611056535.6
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108115669B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（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）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

本發明提供的一種機器人浮動控制方法、裝置及系統，機器人本體包括多個用于實現機器人本體動作的電機，機器人控制器對機器人運動的運動學計算和軌跡規劃，通過控制總線將運動指令發送給電機驅動器，電機驅動器控制電機運行，實現關節的運動控制，與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矩，機器人控制器計算外作用力，并按照力位混合控制結構進行控制，在力閉環和位置閉環之間通過選擇矩陣進行切換，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，通過檢測電機的位置、電流等信息，檢測機器人本體與外作用力，在不降低機器人關節剛度和不增加系統成本的基礎上，實現工業機器人浮動控制。

技術領域

本發明涉及自動控制領域，特別涉及一種機器人浮動控制方法、裝置及系統。

背景技術

在一些工業加工領域，機器人常常參與到工具的注塑、壓制等過程中，這時常常要求工業機器人能夠隨著加工工件的形變而柔順運動，這種技術被稱為“浮動控制技術”，屬于力控制的一種。

早期的工業機器人力控制一般采用六維力/力矩傳感器，這種傳感方式的力控制力檢測精度高，控制方法簡單，適用于機器人裝配、打磨等應用場合。但由于六維力/力矩傳感器價格昂貴，限制了其應用的推廣。近年來，隨著技術的進步，采用關節轉矩傳感器的力控制方式得到越來越多的應用，這種傳感方式將關節轉矩傳感器安裝在關節位置，可以檢測機器人任意位置與外部環境發生的作用力。

由于關節傳動機構自身具有柔性，關節轉矩傳感器的安裝又增加了關節的柔性，當機器人進行運動控制時，柔性的增加使機器人的關節位置控制精度降低，進而影響整個機器人的位置控制精度，甚至不能有效跟隨給定軌跡，使機器人性能出現明顯下降。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種機器人浮動控制方法、裝置及系統。

本發明實施例中提供一種機器人浮動控制系統，包括機器人控制器、電機驅動器及機器人本體，所述機器人本體包括多個用于實現機器人本體動作的電機，所述機器人控制器和所述電機驅動器之間采用控制總線連接，所述電機驅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劃，通過控制總線將運動指令發送給電機驅動器；

所述電機驅動器，用于控制電機運行，實現關節的運動控制，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矩，所述機器人控制器計算外作用力，并按照力位混合控制結構進行控制，在力閉環和位置閉環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。

可選地，所述電機為伺服電機。

本發明實施例中提供一種機器人浮動控制方法，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矩；

計算外作用力并按照力位混合控制結構進行控制；

在力閉環和位置閉環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，以實現浮動控制操作。

可選地，所述利用所述電機位置和電流信息計算電機轉矩，包括：

當轉子永磁磁場在氣隙空間分布為正弦波，定子電樞繞組中的感應電勢也為正弦波，忽略定子鐵心飽和，配置磁路線性和電感參數不變，不計算鐵心渦流與磁滯等損耗，采用轉子磁場定向控制時將電機的轉矩方程簡化為：

其中τ_m為電機轉矩，n_p為極對數，ψ_f為磁場系數，i_sq為q軸電流；