[發明專利]一種面向未知環境的六自由度機器人力控方法

在審

• 申請號: 202010539862.7
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111624941A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 黃玲濤;王彬;倪濤;張紅彥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

本發明公開了一種面向未知環境的六自由度機器人力控方法，屬于機器人運動的柔順控制領域，所述控制方法具體步驟如下：首先，獲取力傳感器零點數據、機器人腕部工具重力及重心坐標，確定機器人腕部工具與環境接觸時產生的真實力與力矩；然后，通過機器人腕部工具與環境接觸時產生的真實力與力矩，確定機器人末端運動的位控方向和力控方向；最后，獲取機器人運動的參考軌跡，確定阻抗控制模型，完成機器人力控作業。本發明提出了通過對力傳感器在線標定的方式，提高了力傳感器的測量精度，為機器人的力控作業提供了準確的力覺感知信息，采用阻抗控制策略，來控制機器人的運動軌跡，在力控與位控之間的轉換穩定，適應能力和魯棒性較好。

技術領域

本發明公開了一種面向未知環境的六自由度機器人力控方法，屬于機器人運動的柔順控制領域。

背景技術

目前工業機器人的作業模式主要為僅基于位置的運動控制，缺乏在作業過程中對接觸力的控制，為了更好地完成比如打磨拋光、恒力跟蹤、精密裝配等任務，需要機器人與接觸環境間有力控制的能力。

通過在機器人末端安裝六維力傳感器，使機器人具備力覺感知能力，通過獲取的力覺信息實現機器人與外界環境的接觸力控制，但在力傳感器的實際工作過程中，需要考慮力傳感的測量誤差，誤差的產生主要為力傳感器零點數據和機器人腕部工具重力的影響，故需要預先對力傳感器進行在線標定，消除其零點和機器人腕部工具重力對讀數的干擾，從而提高力傳感器的測量精度。

機器人作業過程中的力控制，根據控制方式的不同，主要可以分為兩種：力/位混合控制和阻抗控制。力/位混合控制將機器人在某些自由度上設置為位置控制模式，而在其它自由度上設置為力控制模式，但該控制方法必須建立精確的環境約束方程來實現確定的雅克比矩陣并計算坐標系，通過實時地反應任務要求的選擇矩陣來決定力和位置的方向，故力/位混合控制很難實現未知環境下的力控制任務。阻抗控制通過力與位置之間的動態關系實現力控制任務，將機器人末端受到的力等效為“質量-阻尼-彈簧”模型，通過對慣性、阻尼、剛度的參數調節實現對力與位置的調整。阻抗控制根據控制原理的不同可分為基于力的阻抗控制和基于位置的阻抗控制兩種。阻抗控制不直接控制機器人與接觸環境的接觸力，而是根據機器人末端位置和接觸力之間的動態關系，來控制機器人末端的運動軌跡。阻抗控制不需要對自由空間的運動規劃和算法進行調整，在自由運動和約束運動之間的轉換比較穩定，適應能力和魯棒性較強，在面對未知環境時，也能表現出良好的穩定性。

因此，有必要對力傳感器進行在線標定，獲取準確的力覺信息，然后得到未知環境的約束條件，確定機器人運動的參考軌跡，并結合阻抗控制，實現機器人在運動過程中對未知環境的力控制，使機器人可以應對更加復雜多變的工作環境。

發明內容

本發明的目的在于解決目前六自由度機器人在主動柔順控制中，末端安裝的力傳感器存在較大的力覺感知誤差，且機器人無法應對未知環境的力控作業，提出一種面向未知環境的六自由度機器人力控制方法，通過力傳感器標定算法獲取其零點及機器人腕部工具重力對力傳感器產生的測量誤差，使機器人可以獲取準確的環境接觸力，并通過反饋的力覺信息，得到未知環境的約束條件，最后采用阻抗控制實現機器人面對未知環境的力控作業。

本發明所要解決的問題是由以下技術方案實現的：

一種面向未知環境的六自由度機器人力控方法，所述控制方法具體步驟如下：

步驟S10，獲取力傳感器零點數據、機器人腕部工具重力及重心坐標，確定機器人腕部工具與環境接觸時產生的真實力與力矩；

步驟S20，通過機器人腕部工具與環境接觸時產生的真實力與力矩，確定機器人末端運動的位控方向和力控方向；

步驟S30，獲取機器人運動的參考軌跡，確定阻抗控制模型，完成機器人力控作業。

優選的是，所述步驟S10的具體過程如下：