[發明專利]一種復合機器人人機協作系統及其交叉耦合力控制方法

有效

• 申請號: 201811653232.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN111376263B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 宋吉來;曲道奎;徐方;王羽瑾;李穎;劉洋
• 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;B25J19/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明提供了一種復合機器人人機協作系統，包括多核一體化機器人控制器、復合機器人、電機驅動模塊、力信息采集模塊、位置與速度檢測模塊以及相機與激光檢測模塊。本發明還提供了一種復合機器人人機協作系統的交叉耦合力控制方法，將機械臂的力/力矩信息反饋給底盤的力/位混合控制系統，將底盤的力/力矩信息反饋給機械臂的力/位混合控制系統。本發明提供的復合機器人人機協作系統，通過多核一體化機器人控制器的設置，實現復合機器人底盤和機械臂的一體化控制；同時，通過交叉耦合力控制方法，實現機械臂、底盤之間的交叉力信息傳遞以及人機協作控制；能夠實現一體化控制、完成人機協作。

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，特別涉及一種復合機器人人機協作系統及其交叉耦合力控制方法。

背景技術

復合機器人作為新一代機器人的典型代表，集工業、移動、協作機器人優點于一身，具有人機融合、安全易用、靈敏精準及靈活通用等特征，改變了傳統機器人的工作模式，在工業生產、社會服務、康復醫療、特種作業等領域具有廣闊的應用前景，已經成為引領未來機器人發展的重要方向。

然而，當前國內外主流復合機器人或移動機械臂往往將機械臂與移動底盤分別獨立控制，不能充分發揮復合機器人的性能優勢，尤其在人機協作方面，當前的主流復合機器人產品不具備完善的人機協作功能，只是機械臂具有協作功能，而復合機器人不具有整體人機協作功能，不能通過機械臂的牽引實現復合機器人底盤的運動。以德國KUKA公司的KWRiiwa復合機器人為例，其采用全方位Mechanum輪底盤搭載LBR iiwa 7軸協作機械臂組成復合機器人，機械臂具有人機協作功能，而整個復合機器人不具備整體協作功能，牽引機械臂時并能實現移動平臺的運動。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一，提供一種能夠實現一體化控制、完成人機協作的復合機器人人機協作系統。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種復合機器人人機協作系統，包括多核一體化機器人控制器、復合機器人、電機驅動模塊、力信息采集模塊、位置與速度檢測模塊以及相機與激光檢測模塊；所述相機與激光檢測模塊用于實現對視覺和激光信息的采集并反饋給多核一體化機器人控制器；所述力信息采集模塊用于采集關節力矩并反饋給多核一體化機器人控制器；所述位置與速度檢測模塊用于檢測復合機器人的位置和速度信息并反饋給電機驅動模塊；所述多核一體化機器人控制器與所述電機驅動模塊連接，用于對所述電機驅動模塊進行伺服控制；所述多核一體化機器人控制器包括用于完成示教與編程功能的第一控制器核、用于完成復合機器人的運動規劃與控制的第二控制器核、用于完成視覺識別和圖像分析的第三控制器核以及用于完成激光導航的第四控制器核。

一些實施例中，所述第一控制器核包括示教編程模塊，所述第二控制器核包括軌跡規劃模塊、運動學計算模塊、動力學計算模塊和力控制模塊，所述第三控制器核包括視覺計算模塊，所述第四控制器核包括導航模塊；所述視覺計算模塊接收所述相機與激光檢測模塊反饋的視覺和激光信息；所述導航模塊根據所述視覺和激光信息進行路徑計算和路徑規劃；所述軌跡規劃模塊計算并輸出控制信號給電機驅動模塊；所述力控制模塊接收所述力信息采集模塊的反饋并對復合機器人進行交叉耦合力控制。

一些實施例中，所述第一控制器核通過串口和以太網與外部通信，所述第二控制器核通過CAN和以太網控制自動化技術與外部通信，所述第三控制器核通過以太網和USB與外部通信，所述第四控制器核通過USB與外部通信。

本發明還提供了一種復合機器人人機協作系統的交叉耦合力控制方法，包括，

組建機械臂的可在位置閉環和力矩閉環之間切換的力/位混合控制系統；

組建底盤的可在位置閉環和力矩閉環之間切換的力/位混合控制系統；

根據需要將機械臂在位置閉環和力矩閉環進行切換，并將底盤在位置閉環和力矩閉環進行切換；