[發明專利]一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法

有效

• 申請號: 202010081716.4
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111300408B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 北京凡川智能機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法，包括如下步驟：

步驟S1，操作人員穿戴動作采集器，利用所述仿人雙臂機器人頭部視覺遠程觀察作業環境，并基于自身經驗進行運動；

步驟S2，基于人體的運動狀態通過形似控制得到所述仿人雙臂機器人的規劃信息；

步驟S3：在形似控制的基礎上，進行神似控制，使所述仿人雙臂機器人表現出與人類相似的作業性能；

所述動作采集器包括兩個桿件，以及7個關節，具有7個自由度；所述動作采集器能夠對人體運動信息進行采集，并將人體運動動作轉換為其運動關節角度Θ_c與關節角速度

所述仿人雙臂機器人的每個臂為7自由度冗余機械臂，具有與所述動作采集器相對應的7個關節；

其特征在于，所述步驟S3進一步包括：

步驟S31，根據動作采集器雅可比矩陣計算得到人手臂末端運動速度；

步驟S32，基于矩陣映射計算得到所述仿人雙臂機器人末端運動速度；

步驟S33，基于人速度-剛度規律得到所述仿人雙臂機器人作業時末端剛度；

步驟S34，基于導納控制得到所述仿人雙臂機器人末端運動速度；

步驟S35，基于機器人雅可比偽逆計算得到所述仿人雙臂機器人作業時關節運動規劃信息；

所述步驟S32進一步包括：根據人手臂末端坐標系{C}到所述仿人雙臂機器人末端坐標系{R}的旋轉矩陣得到人手臂末端速度在所述仿人雙臂機器人末端坐標系{R}下的表示為:

所述步驟S33進一步包括：根據柔順剛度與期望速度之間的變化規律：

K為虛擬剛度矩陣，K₀為6維向量，代表初始剛度值，α為剛度隨速度的變化系數，為6維向量，代表預設的最大末端速度，為6×1的末端實際速度，為6維向量，表示歸一化的速度值，為速度與剛度的映射函數；選用logistic函數作為映射函數其表達式如下：

其中P₀為初始值，λ為終值，r為衡量曲線變化快慢的系數；

通過上述公式通過人末端運動速度獲取所述仿人雙臂機器人末端剛度值；

所述步驟S34進一步包括：當所述仿人雙臂機器人與環境發生接觸，產生接觸力f_H，通過阻抗控制方程獲取所述仿人雙臂機器人在此接觸力作用下的速度公式如下，

式中M、C分別為末端虛擬質量矩陣、虛擬阻尼矩陣；虛擬質量矩陣M與虛擬阻尼矩陣C設定為定值，則所述仿人雙臂機器人末端運動速度僅與虛擬剛度矩陣K有關，由此通過人體末端運動得到所述仿人雙臂機器人末端與環境發生碰撞時由于接觸力產生的末端柔順運動速度

所述步驟S35采用雅可比偽逆的方式獲取所述仿人雙臂機器人各關節的運動速度具體公式如下：

2.根據權利要求1所述的一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法，其特征在于，所述步驟S2進一步包括：

步驟S21，分別計算動作采集器兩個桿件的姿態信息；

步驟S22，通過姿態等效得到所述仿人雙臂機器人兩個桿件的姿態信息；

步驟S23，根據所述仿人雙臂機器人雙桿姿態分別計算得到所述仿人雙臂機器人關節角度，得到所述仿人雙臂機器人形似控制所需的各個關節角。

3.根據權利要求2所述的一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法，其特征在于，所述步驟S21中的兩個桿件的姿態信息包括第一桿件的姿態矩陣以及第二桿件的姿態矩陣

4.根據權利要求3所述的一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法，其特征在于，所述步驟S22進一步包括根據所述第一桿件、第二桿件的姿態矩陣和得到所述仿人雙臂機器人期望的桿件姿態矩陣和

5.根據權利要求4所述的一種結合形似與神似的仿人雙臂機器人運動規劃控制方法，其特征在于，所述步驟S23進一步包括基于求逆解得到所述仿人雙臂機器人肩部的第一關節、第二關節、第三關節的角度值θ_r1、θ_r2、θ_r3，基于求逆解得到所述仿人雙臂機器人腕部的第五關節、第六關節、第七關節的角度值θ_r5、θ_r6、θ_r7；基于動作采集器肘部第四關節的角度θ_c4得到所述仿人雙臂機器人肘部的第四關節的角度為θ_r4＝_c4。