[發明專利]一種主從異構機械手的重力保持方法

有效

• 申請號: 201710865385.1
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107679019B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 劉絲絲;魏清平;凌樂;陳遠強;周東;莫堃;董娜;于信賓
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;B25J3/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本發明公開了一種主從異構機械手的重力保持方法，涉及機器人自動控制技術領域，包括離線質量預估和實時在線插值重力補償步驟，通過比例微分控制的遞歸算法估算主手在每個頂點的預估質量，得到實時在線重力補償中的質量值，通過三線性插值計算得到重力補償值完成實時在線重力補償保持機械手自平衡，這種主從異構機械手的重力保持方法通過分塊離線質量預估計算結合實時在線計算得到重力補償值完成實時在線重力保持。

技術領域

本發明涉及機器人自動控制技術領域，具體涉及一種主從異構機械手的重力保持方法。

背景技術

核工業領域的安全問題在核廢料處理和核電站維修與退役領域一直是人類關心的問題。隨著人工智能技術引領的機器人技術不斷發展，核工業領域正越來越多的使用機器人代替人類去實現與核處理相關的一線工作，機器人在核工業領域的應用也從最初的單一工作逐漸擴展到更加復雜的領域，機器人的自由度也從最初的一維、三維、到六維、七維甚至更高的維度，遙操作技術指在人的操作下完成人難以接近或對人體有害的環境中比較復雜操作的遠距離操作技術。主從式機械手模式是核工業領域的傳統應用，隨著工業應用中七自由度機器人的廣泛使用，開發與之相關的多自由度機器人遙操作方法就顯得尤為緊迫；對于遙操作的自動化高自由度機械手開發中有一個很重要的問題，即機械手本身的重量較大，在運動中為克服其重力影響需要較大的力，這個力甚至于大過控制機械手移動和抓取動作的力，而在遙操作控制中，操作者是無法通過控制器感知這個力的，因此，在精確的機械手遙操作控制中，機械手的重力保持能力是十分重要的，現有技術中，如公開號為CN103085054A，公開時間為2013年5月8日，名稱為“帶電搶修機器人主從式液壓力反饋機械臂控制系統及方法”的中國發明專利文獻，公開了一種機械臂控制系統及方法，手持終端包括微處理器I，與人機接口單元和嵌入式主手控制器相連；嵌入式主手控制器包括微處理器II，通過串口與微處理器I連接，微處理器II與A/D轉換器I、無線模塊I連接，A/D轉換器I與電位器連接；微處理器II通過馬達驅動器驅動力矩馬達；無線模塊II與無線模塊I通信；微處理器III與A/D轉換器II、電位器連接；同時微處理器III還與D/A轉換器連接，D/A轉換器與液壓放大器連接，液壓放大器與若干伺服閥連接，每個伺服閥的進回油口安裝有壓力傳感器，壓力傳感器與微處理器III連接；各伺服閥與相應液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機械臂連接。但是這種方案沒有能考慮到機械手的重力保持技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過分塊離線質量預估計算結合實時在線計算得到重力補償值完成實時在線重力保持的主從異構機械手的重力保持方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種主從異構機械手的重力保持方法，其特征在于，包括以下步驟：

離線質量預估，分別定義機械手的主手和從手工作空間的三維基坐標系；選擇主手基坐標系中的立方體，將其內部均分為若干個相等的立方體塊；設定立方體塊頂點的質量初值，控制機械手的主手移動到每個頂點并通過比例微分控制的遞歸算法估算主手在每個頂點的預估質量，得到實時在線重力補償中的質量值；

實時在線插值重力補償，按照離線質量預估過程中劃分的立方體塊來獲取實時動作過程中的機械手主手所處的立方體塊在主手三維基坐標系中各頂點的坐標位置，并通過三線性插值計算得到重力補償值完成實時在線重力補償保持機械手自平衡。

所述采用比例微分控制的遞歸算法得到主手在每個頂點的預估質量M_j+1(X_i)的具體方法為，在第j個迭代循環，向主手末端施加比例微分控制算法的作用力

F_j(X,v)＝K_p·(X_i-X)-K_D·v+M_j(X_i)·g·v_G