[發明專利]機器人控制

有效

• 申請號: 201780019183.3
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN108883533B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: E·J·莫特拉姆;G·T·迪恩;E·塔克爾;G·維奇;P·C·羅伯茨
• 申請（專利權）人: CMR外科有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

一種用于控制機械系統的方法，機械系統具有通過多個驅動接頭互連的多個部件，該方法包括：測量驅動接頭周圍或驅動接頭處的轉矩或者力，形成代表測量的轉矩或者力的負荷信號；接收代表系統的期望狀態的運動要求信號；根據運動要求信號和負荷信號執行阻抗控制算法，以形成指示用于每個驅動接頭的目標構造的目標信號；測量每個驅動接頭的構造，形成代表測量構造的狀態信號；以及通過對于每個接頭比較由目標信號指示的該接頭的目標構造與由狀態信號指示的該接頭的測量構造，來形成用于接頭的一組驅動信號。

技術領域

本發明涉及一種用于諸如機器人臂的機器的驅動系統的控制。

背景技術

典型機器人操縱器包括通過接頭聯接在一起的一系列剛性元件。所述元件可以串聯接合以形成臂。接頭能夠被驅動以便引起剛性元件的相對運動。剛性元件可以起源于基座并且終止于末端執行器。因而接頭處的運動能夠用于將末端執行器定位在期望位置。每個接頭可以提供旋轉運動或者線性運動。接頭可以由任何合適的裝置驅動，例如電動機或者液壓致動器。

當機器人在操作中，需要引起末端執行器移動至一些期望位置。例如，機器人需要使用末端執行器拾起物體。這將需要末端執行器移動至物體所在的地方。為了實現此，需要接頭的一些運動組合。計算這些運動是機器人的控制系統的作用。

通常，機器人設置有位置傳感器，每個位置傳感器感測相應的一個接頭的構造。該位置信息供給至控制系統。

用于控制系統的公知策略如下：

1、接收指示末端執行器的期望位置的信息。

2、確定機器人的接頭的一組目標構造，這將導致末端執行器處于該位置。這公知為逆向運動學。

3、接收指示每個接頭在機器人中的當前構造的信息，比較這些當前構造與目標構造，計算每個接頭處所需的一組轉矩或力以降低相應接頭的當前位置與目標位置之間的誤差。

4、發送驅動信號至機器人中的致動器以在相應接頭處施加轉矩或者力。

重復執行這一系列步驟，使得一段時間之后機器人的運動符合目標構造。與指示末端執行器的位置相反或者另外，輸入至系統的信息將指示機器人的另一部分的期望位置。例如，如果需要機器人臂來避免靠近臂的中間點的外部障礙物，這可以適用。

替代方式公知為阻抗控制。阻抗控制涉及調整(i)轉矩/力和(ii)位置、速率以及加速度之間的關系。

在特定應用中，控制末端執行器的阻抗比僅控制位置更有利。例如，在末端執行器需要通過小孔口(例如端口)插入長桿(例如內視鏡)的應用中，末端執行器具有有限硬度是有利的，使得能夠適應端口和內視鏡之間的稍微不對準。

圖1圖示了執行用于機器人操縱器的阻抗控制的一種方式。在該方法中，以下輸入供給至阻抗控制塊：

-來自于命令源的p_d(期望位置向量)、R_d(期望旋轉矩陣)、v_d(期望速率)和v’_d(期望加速度)；

-p_c(順應體系中的位置向量)、R_c(順應體系中的旋轉矩陣)和v_c(順應體系中的速率)，它們通過直接運動學塊中的正向運動學得到；以及

-h_c(測量的末端執行器轉矩/力)。