[發(fā)明專利]結(jié)合離線補(bǔ)償和在線跟蹤混合策略的高精度恒力控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011246946.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112405536B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周波;王榮盛;甘亞輝;房芳;何家健;玄甲輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發(fā)明公開了結(jié)合離線補(bǔ)償和在線跟蹤混合策略的高精度恒力控制方法，該方法為：首先在離線編程軟件中導(dǎo)入工件模型和機(jī)器人模型進(jìn)行單元建模，通過(guò)離線編程軟件生成平滑且連續(xù)的運(yùn)動(dòng)參考軌跡序列；然后通過(guò)建立機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度模型，在機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度辨識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)參考軌跡序列進(jìn)行開環(huán)式的離線恒力補(bǔ)償；最后在開環(huán)式的離線補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，根據(jù)補(bǔ)償后的參考軌跡序列進(jìn)一步生成接觸式作業(yè)中閉環(huán)式在線恒力控制的期望軌跡，進(jìn)一步通過(guò)變剛度自適應(yīng)導(dǎo)納在線跟蹤控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸式作業(yè)過(guò)程中的高精度恒力控制。本發(fā)明將離線補(bǔ)償和在線跟蹤策略結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度恒力控制的功能，既包含開環(huán)式的位置補(bǔ)償控制又結(jié)合了閉環(huán)式在線恒力跟蹤控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人接觸式作業(yè)領(lǐng)域，特別是涉及一種結(jié)合離線補(bǔ)償和在線跟蹤混合策略的高精度恒力控制方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的身影已遍布于人類的生活和生產(chǎn)過(guò)程中，重塑了生產(chǎn)體系并極大地解放了生產(chǎn)力。在接觸式作業(yè)領(lǐng)域，例如打磨、裝配、拋光等，由于傳統(tǒng)技藝方法的桎梏，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率且生產(chǎn)過(guò)程中的有害粉塵侵害了從業(yè)人員的身體。工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線的引入完美地解決了上述問(wèn)題，且隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度恒力控制方法在機(jī)器人接觸式作業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于上述應(yīng)用場(chǎng)景，核心問(wèn)題是如何控制作業(yè)環(huán)境與機(jī)器人工具手末端的接觸力大小。例如機(jī)器人在打磨工件的過(guò)程中，工具手與工件接觸力的恒定可以降低工具手的磨損率并保證被打磨工件的連貫性，提高打磨精度。關(guān)于恒力控制技術(shù)方法的研究逐步走向成熟，現(xiàn)如今最具代表性的兩種方法有力/位置混合控制和阻抗(導(dǎo)納)控制。

力/位置混合控制的核心思想是通過(guò)正交原理將機(jī)器人的工作空間劃分為力約束和位置約束兩個(gè)相互正交的子空間，分而治之地進(jìn)行力控制和位置控制。實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，很多復(fù)雜或多變的工作空間不可以正交分解成兩個(gè)子空間，力/位置混合控制方法只適合應(yīng)用于工作空間較為簡(jiǎn)單的任務(wù)需求。對(duì)于復(fù)雜且多變的工作空間，阻抗(導(dǎo)納)控制方法也能夠勝任。阻抗控制或?qū)Ъ{控制(兩者在實(shí)現(xiàn)方式上有所不同)的核心就是將機(jī)器人末端力/位置控制等效為“彈簧-質(zhì)量-阻尼器”模型，建立起系統(tǒng)間各部件的作用關(guān)系并由微分方程來(lái)描述。在實(shí)際接觸式工作中，應(yīng)用阻抗(導(dǎo)納)控制方法的機(jī)器人末端工具手與外界的接觸力大小由工具手的參考位置、環(huán)境剛度等因素來(lái)決定。該方法對(duì)環(huán)境信息的依賴性較強(qiáng)且是一種間接性質(zhì)的力控制方法，然而在實(shí)際作業(yè)環(huán)境中，環(huán)境信息的精確獲取是比較困難的，所以如何解決非精確環(huán)境信息下的力/位置控制是當(dāng)前機(jī)器人阻抗控制的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足，提出了一種結(jié)合離線補(bǔ)償和在線跟蹤混合策略的高精度恒力控制方法，該方法基于機(jī)器人剛度模型和傳統(tǒng)的導(dǎo)納控制方法，提出了一種基于機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度模型的離線恒力補(bǔ)償控制方法和變剛度自適應(yīng)導(dǎo)納在線跟蹤控制方法相結(jié)合的策略。在實(shí)際工作中，可以較好地解決非精確環(huán)境信息下的力/位置控制中難題，提高了工具手與環(huán)境間的接觸位置和接觸力大小的精度，從而提高了接觸式作業(yè)生產(chǎn)中的效率和精度。

上述的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種結(jié)合離線補(bǔ)償和在線跟蹤混合策略的高精度恒力控制方法，該方法包括如下步驟：

S1.單元建模：根據(jù)所用機(jī)器人的型號(hào)選取離線編程軟件，然后將接觸式作業(yè)中的工件模型和機(jī)器人模型導(dǎo)入選定的離線編程軟件中，即建立起機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并根據(jù)實(shí)際環(huán)境中工件和機(jī)器人的擺放位置進(jìn)行布局，繼而生成平滑且連續(xù)的運(yùn)動(dòng)參考軌跡序列；