[發明專利]阻抗控制方法、裝置、阻抗控制器和機器人

有效

• 申請號: 202010650259.6
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111730599B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 黃荔群;任曉雨;趙明國;熊友軍
• 申請（專利權）人: 深圳市優必選科技股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

本發明實施例提供一種阻抗控制方法、裝置、阻抗控制器和機器人，方法包括：獲取機械臂在關節空間的關節運動信息和關節受力信息以及末端受到的實際交互力，根據該關節運動信息求解末端在任務空間的實際運動信息；利用環境信息和末端期望交互力計算修正期望軌跡，根據該關節受力信息、實際交互力、實際運動信息和包含修正期望軌跡的末端期望信息計算得到阻抗控制力矩以及根據構建的動力學方程中的非線性項確定補償力矩，以用于對機械臂進行關節力矩控制。本發明的技術方案通過對阻抗控制律修正以實現方向解耦的阻抗控制，不僅使末端與環境的交互更加安全柔順，還可提高力控控制精度，而通過補償動力學方程中的非線性項，可簡化控制復雜度等。

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，尤其涉及一種阻抗控制方法、裝置、阻抗控制器和機器人。

背景技術

不同與目前應用廣泛的基于位置控制的機械臂，采用力矩控制的機械臂能夠直接控制輸出力，具有更快的響應速度和安全性，更能滿足服務機器人、協作機器人等對安全柔順需求高的領域。但是力控型機械臂控制更為復雜，需考慮機器人的全動力學，具有較高的非線性。

笛卡爾空間的阻抗控制具有很好柔順性，適用于交互場合。然而，它的目標是控制機械臂末端的力與位置之間的關系，無法實現對位置或力的單獨控制，使得機械臂無法跟蹤期望交互力。此外，在執行笛卡爾任務空間的阻抗任務時，末端的各方向之間由于末端的質量矩陣的耦合性，使得其所表現出的阻抗行為也具有方向耦合性，即若只受垂直方向的力時，另外兩個不受外力的方向也會產生運動，因此無法實現精確的期望力控制等。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種阻抗控制方法、裝置、阻抗控制器和機器人。

本發明的一實施例提供一種阻抗控制方法，包括：

獲取機械臂當前在關節空間的關節運動信息和關節受力信息以及末端受到的實際交互力，根據所述關節運動信息通過正運動學求解所述末端在任務空間的實際運動信息；

利用當前環境信息和在所述任務空間預先規劃的末端期望交互力計算所述末端的修正期望軌跡，根據所述關節受力信息、所述實際交互力、所述末端的所述實際運動信息和包含所述修正期望軌跡的末端期望信息計算所述機械臂在所述關節空間的阻抗控制力矩；

構建所述機械臂的動力學方程，根據所述動力學方程中的非線性項確定補償力矩；

根據所述阻抗控制力矩和所述補償力矩對所述機械臂進行關節力矩控制。

在一種實施例中，所述動力學方程為所述機械臂在所述任務空間的動力學方程，所述任務空間的動力學方程的構建包括：

構建所述機械臂在所述關節空間的動力學方程；

基于各關節與所述末端之間的運動關系將所述關節空間的動力學方程轉換為所述任務空間的動力學方程。

在一種實施例中，所述當前環境信息包括當前的環境等效剛度和環境位置；所述利用當前環境信息和在所述任務空間預先規劃的末端期望交互力計算所述末端的修正期望軌跡，包括：

根據當前的所述環境等效剛度、所述環境位置和所述末端期望交互力按照如下公式計算得到所述末端的修正期望軌跡；

其中，表示修正期望軌跡；x_f表示環境位置；K_eq表示環境等效剛度；F_ref表示末端期望交互力。

在一種實施例中，所述實際運動信息包括所述末端當前的實際位置和實際速度，所述末端期望信息包括所述末端當前的期望速度、期望加速度和所述修正期望軌跡；

所述根據所述關節受力信息、所述實際交互力、所述末端的所述實際運動信息和包含所述修正期望軌跡的末端期望信息計算所述機械臂在所述關節空間的阻抗控制力矩，包括：