[發明專利]一種基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統

有效

• 申請號: 201910352004.9
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110065070B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 葉伯生;陶婕妤;謝鵬;饒阿龍;張文彬;謝遠龍;譚朝;帥思遠
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;曹葆青

1.一種基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統，其特征在于：

所述控制系統包括預處理模塊、阻抗控制器及自適應策略控制模塊，其中：

所述預處理模塊用于根據機器人關節的庫倫摩擦力和粘滯力、采用牛頓-歐拉法構建機器人動力學模型，并基于所述機器人動力學模型采用粒子群算法辨識機器人的動力學參數及摩擦力系數，進而對所述機器人動力學模型進行優化；同時，所述預處理模塊還用于將優化后的機器人動力學模型傳輸給所述阻抗控制器；

所述阻抗控制器用于根據所述機器人動力學模型來實現機器人末端的力和位置的柔順控制，并將自身計算得到的位置誤差、速度誤差及外力值傳輸給所述自適應策略控制模塊；

所述自適應策略控制模塊用于在機器人末端受到外力時根據接收到的數據及自身預存的數值進行判斷，并根據判斷結果相應地計算出控制器參數，同時將所述控制器參數傳輸給所述阻抗控制器，以更新所述阻抗控制器的參數，實現了機器人位置和力矩的平衡控制。

2.如權利要求1所述的基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統，其特征在于：所述預處理模塊是基于所述機器人動力學模型，采用傅里葉級數作為激勵軌跡來辨識機器人的動力學參數及摩擦力系數的。

3.如權利要求1所述的基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統，其特征在于：基于所述機器人動力學模型計算得到的理論關節力矩為：

式中，分別表示機器人關節角度、角速度和角加速度；表示機器人動力學模型預測的慣性矩；表示機器人動力學模型預測的離心力與科式力矩；表示機器人動力學模型計算的重力矩；表示機器人動力學模型預測的粘滯摩擦力矩和庫倫摩擦力矩，d為粘滯摩擦系數，μ為庫倫摩擦系數。

4.如權利要求3所述的基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統，其特征在于：機器人的連桿i的動力學參數為：

λ_i＝[m_i,s_i,x,s_i,y,s_i,z,I_i,xx,I_i,yy,I_i,zz,I_i,xy,I_i,xz,I_i,yz,d_i,μ_i]^T

式中，i＝1,2…,n，n為關節數量；m_i表示連桿i的質量；s_i,x表示連桿i的質心在x_i方向的分量；s_i,y表示連桿i的質心在y_i方向的分量；s_i,z表示連桿i的質心在z_i方向的分量，I_i,xx＝∫∫∫_V(y_i²+z_i²)ρdυ、I_i,yy＝∫∫∫_V(x_i²+z_i²)ρdυ、I_i,zz＝∫∫∫_V(x_i²+y_i²)ρdυ分別表示機器人負載繞末端坐標軸x_i,y_i,z_i的質量慣性矩；繞x_iy_i,x_iz_i,y_iz_i方向的慣性矩分別表示為I_i,xy＝∫∫∫_Vx_iy_iρdυ、I_i,xz＝∫∫∫_Vz_ix_iρdυ、I_i,yz＝∫∫∫_Vy_iz_iρdυ；ρ表示連桿密度；υ表示連桿體積；d_i為關節i的粘滯摩擦系數；μ_i為關節i的庫倫摩擦系數。