[發(fā)明專(zhuān)利]一種柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710531020.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109202889A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒風(fēng)山;徐方;曲道奎;趙彬;宋吉來(lái);劉曉帆
• 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): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 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

本發(fā)明公開(kāi)了一種柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)建模模塊用于建立柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，求解柔性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程的正逆動(dòng)力學(xué)，計(jì)算得到所需關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩值；動(dòng)力學(xué)重力補(bǔ)償模塊用于計(jì)算連桿的速度和加速度，計(jì)算連桿間的相互作用力、力矩以及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩，進(jìn)行重力補(bǔ)償；摩擦力補(bǔ)償模塊用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的力矩曲線進(jìn)行摩擦力補(bǔ)償；柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人的電機(jī)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模模塊計(jì)算得到的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩值、動(dòng)力學(xué)重力補(bǔ)償模塊計(jì)算得到的重力補(bǔ)償以及摩擦力補(bǔ)償模塊計(jì)算得到的摩擦力補(bǔ)償，來(lái)控制柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。同時(shí)公開(kāi)一種柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制方法。本發(fā)明具有有效降低控制算法復(fù)雜度的有益效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，在機(jī)器人日益飛速發(fā)展的今天，隨著新一代工業(yè)機(jī)器人的興起，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感與柔性控制技術(shù)受到普遍重視和廣泛應(yīng)用。以往傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人力控制技術(shù)在力控制傳感器ATI的支持下，將力和力矩大小反饋給機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的末端柔性力控制和手把手示教。現(xiàn)有的新一代工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩傳感與力控制技術(shù)采用應(yīng)變片或電流檢測(cè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，力控制的判斷直接針對(duì)關(guān)節(jié)便于實(shí)現(xiàn)安全柔順控制。雖然可以進(jìn)行力控制和手把手示教，但是其主要缺點(diǎn)：采用應(yīng)變片傳感增加關(guān)節(jié)柔性，控制算法復(fù)雜。

本發(fā)明的新型柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制方法不依賴(lài)力傳感器，可以依靠電流來(lái)檢測(cè)力的大小。通過(guò)建立柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)重力進(jìn)行補(bǔ)償，再對(duì)摩擦力進(jìn)行摩擦辨識(shí)。將驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流值轉(zhuǎn)換為扭矩值與動(dòng)力學(xué)計(jì)算的扭矩值相互比較進(jìn)而進(jìn)行機(jī)器人的關(guān)節(jié)力控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人依賴(lài)力傳感器檢測(cè)力的大小，控制算法復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，提供一種柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制方法，能夠協(xié)調(diào)質(zhì)量分配，并實(shí)現(xiàn)多種驅(qū)動(dòng)控制方式。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)，包括以下模塊：

運(yùn)動(dòng)學(xué)建模模塊，用于建立柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，求解柔性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程的正逆動(dòng)力學(xué)，計(jì)算得到所需關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩值；

動(dòng)力學(xué)重力補(bǔ)償模塊，用于計(jì)算連桿的速度和加速度，計(jì)算連桿間的相互作用力、力矩以及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩，進(jìn)行重力補(bǔ)償；

摩擦力補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的力矩曲線進(jìn)行摩擦力辨識(shí)，進(jìn)行摩擦力補(bǔ)償；

所述柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人的電機(jī)根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)學(xué)建模模塊計(jì)算得到的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩值、所述動(dòng)力學(xué)重力補(bǔ)償模塊計(jì)算得到的重力補(bǔ)償以及摩擦力補(bǔ)償模塊計(jì)算得到的摩擦力補(bǔ)償，來(lái)控制柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

一些實(shí)施例中，所述柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)還包括濾波器模塊，用于根據(jù)算數(shù)平均值濾波法過(guò)濾驅(qū)動(dòng)器在啟動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生的干擾信號(hào)。

一些實(shí)施例中，所述柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人電流力控制系統(tǒng)還包括拖拽示教模塊，用于進(jìn)行機(jī)器人拖曳式示教，記錄機(jī)器人的位置點(diǎn)。

一些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)學(xué)建模模塊建立正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的具體過(guò)程為：根據(jù)MDH坐標(biāo)關(guān)系表建立傳遞變換矩陣方程，運(yùn)用正解相乘矩陣乘積得到運(yùn)動(dòng)學(xué)正解關(guān)系表達(dá)式：