[發(fā)明專利]一種主從式遙操作手術(shù)機(jī)器人多臂協(xié)同控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710254171.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106945043B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向洋;傅艦艇;熊亮;謝毅;王黎;張敏銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 王貴君

1.一種主從式遙操作手術(shù)機(jī)器人多臂協(xié)同控制系統(tǒng)，用于對(duì)多臂手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行控制，多臂手術(shù)機(jī)器人包括主手操作端和從手執(zhí)行端，主手操作端為7DOF串聯(lián)式機(jī)器人，從手執(zhí)行端由兩個(gè)7DOF串聯(lián)式機(jī)械臂和兩個(gè)6DOF串聯(lián)式機(jī)械臂組成，每個(gè)機(jī)械臂末端均安裝多維力傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于：該控制系統(tǒng)包括工業(yè)PC系統(tǒng)和底層控制系統(tǒng)，所述工業(yè)PC系統(tǒng)包括工業(yè)PC、以太網(wǎng)、CAN總線適配卡；所述底層控制系統(tǒng)包括數(shù)字量與模擬量采集卡、伺服驅(qū)動(dòng)器；工業(yè)PC利用以太網(wǎng)接受來(lái)自其他系統(tǒng)的信號(hào)，利用CAN總線適配卡連接伺服驅(qū)動(dòng)器控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，利用數(shù)字量/模擬量采集卡采集和處理來(lái)自多維力傳感器的信號(hào)；各機(jī)械臂接收主手操作端傳遞過(guò)來(lái)的位置控制指令，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算得到各關(guān)節(jié)期望位置；通過(guò)多維力傳感器感知與環(huán)境間的接觸力及機(jī)械臂之間的接觸力，經(jīng)過(guò)逆動(dòng)力學(xué)求解得到各關(guān)節(jié)力和力矩信息，并將接觸力反饋至手術(shù)機(jī)器人主手；通過(guò)絕對(duì)值位置傳感器獲取各關(guān)節(jié)實(shí)際位置；由工業(yè)PC協(xié)調(diào)各運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)傳遞及信號(hào)傳遞，完成多機(jī)械臂協(xié)同控制功能；該手術(shù)機(jī)器人多臂協(xié)同控制系統(tǒng)包括滑模控制器、自適應(yīng)模糊邏輯控制器和非線性觀測(cè)器；所述滑模控制器，用于精確獲得系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；所述自適應(yīng)模糊邏輯控制器，用于提高控制精度；所述非線性觀測(cè)器，用于補(bǔ)償外部環(huán)境對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定新和精度的影響；

所述滑模控制器的控制律為τ＝τ_eq+τ_sm，其中τ_sm為滑模控制項(xiàng)，為機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)等效模型，M(q)為慣量矩陣，J^-1(q)為逆雅可比矩陣，為機(jī)器人末端笛卡爾空間加速度，為雅可比矩陣的導(dǎo)數(shù)，為關(guān)節(jié)空間速度，為慣性項(xiàng)和科氏項(xiàng)，G(q)為重力項(xiàng)；選擇滑模面其中s為6×1維向量，c為正定對(duì)角矩陣，e＝q_id-q_i，表示e的導(dǎo)數(shù)，q_id為關(guān)節(jié)期望位置，q_i為關(guān)節(jié)實(shí)際位置；所述滑模控制項(xiàng)為k₁為6×6的正定對(duì)角矩陣；M(q)為慣性矩陣；J^T(q)為雅可比矩陣的轉(zhuǎn)秩矩陣，s＝[s₁,s₂,…,s_i]為模糊邏輯輸入量，γ＝[γ₁,γ₂,…,γ_i]為模糊邏輯輸出量；

所述非線性觀測(cè)器的模型為：其中K₁與K₂是正定矩陣，表示外部轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)，表示外部轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的估計(jì)，為關(guān)節(jié)速度誤差向量，為對(duì)關(guān)節(jié)速度誤差的估計(jì)量，表示關(guān)節(jié)加速度誤差；M^-1表示逆慣量矩陣，C表示慣性項(xiàng)和科氏項(xiàng)，表示關(guān)節(jié)空間速度，G表示重力項(xiàng)，為關(guān)節(jié)輸入加速度，τ∈R⁶為關(guān)節(jié)輸入力矩。