[發明專利]一種冗余多關節機器人柔性阻抗控制方法

在審

• 申請號: 202011442638.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN114619437A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 梁亮;鄒風山;劉世昌;趙彬;宋吉來;孫若懷
• 申請（專利權）人: 山東新松工業軟件研究院股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發明涉及智能制造、自動化控制和柔性人機交互領域，特別波及一種冗余多關節機器人柔性阻抗控制方法；本發明通過檢測機器人手臂末端的阻抗控制器的力矩確定與機器人手臂的各關節角度、速度和加速度之間的關系，從而構成阻抗模型，再將檢測到的機器人手臂末端的力矩與在阻抗模型內計算出的機器人手臂末端的力矩進行比較，再形成工作指令，由機器人手臂末端的執行器執行該工作指令，從而控制機器人手臂的各關節的伺服電機處進行運動控制，從而帶動機器人手臂進行連貫動作；從而通過直接檢測機器人末端力矩的信息與機器人的關節角度、速度和加速度之間的關系，最終使機器人末端的執行器實現各種功能運動和操作任務的目的。

技術領域

本發明涉及智能制造、自動化控制和柔性人機交互領域，特別波及一種冗余多關節機器人柔性阻抗控制方法。

背景技術

目前，在機器人技術迅猛發展的今天，傳統工業機器人在制造領域應用已經廣泛普及，傳統機器人在汽車制造、碼垛搬運、3C裝配和碼頭送貨等隨處可見。

隨著新一代多關節機器人的出現，傳統制造業生產模式正在被顛覆，重復性示教已經逐漸演變為人機協作制造。以往傳統的機器人為了與周圍環境進行安全交互，配置了關節轉矩傳感或ATI力控制傳感器以保證與周圍信息交互的安全性，將周圍環境信息交互的力信息反饋給機器人，從而實現新一代多關節機器人的安全協作功能。

現有的新一代工業機器人利用末端力傳感器進行力位混合控制雖然可以進行力控制和安全保護，但是其主要缺點：力位混合控制雖然在一定程度上增加關節柔性，但是其控制算法復雜，對環境適應性較差。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種冗余多關節機器人柔性阻抗控制方法，通過直接檢測機器人末端力矩的信息與機器人的關節角度、速度和加速度之間的關系，最終使機器人末端的執行器實現各種功能運動和操作任務的目的。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種冗余多關節機器人柔性阻抗控制方法，其中，包括如下步驟：

步驟S1、通過檢測機器人手臂末端的阻抗控制器的力矩確定與機器人手臂的各關節角度、速度和加速度之間的關系，從而構成阻抗模型；

步驟S2、將檢測到的機器人手臂末端的力矩與在阻抗模型內計算出的機器人手臂末端的力矩進行比較，再形成工作指令；

步驟S3、由機器人手臂末端的執行器執行該工作指令，從而控制機器人手臂的各關節的伺服電機處進行運動控制，從而帶動機器人手臂進行連貫動作。

作為本發明的一種改進，在步驟S1內，機器人手臂包括肩轉、肩擺、肩抬、肘轉、肘擺、手轉和手擺七個自由度的手臂關節，在阻抗模型內進行運動學解析，得到各關節的位置值。

作為本發明的進一步改進，在步驟S1內，機器人手臂的七個自由度的手臂關節根據MDH坐標關系表建立傳遞變換矩陣方程，從而得到運動學正解關系表達式。

作為本發明的更進一步改進，在步驟S1內，通過運動學正解關系表達式，得到機器人手臂的末端位姿矩陣。

作為本發明的更進一步改進，在步驟S1內，通過牛頓迭代方程組計算得到機器人手臂的各個關節位置值，從而得到機器人手臂末端的阻抗控制器的力矩與機器人手臂的各關節角度、速度和加速度之間的關系，從而構成阻抗模型。

作為本發明的更進一步改進，在步驟S2內，檢測機器人手臂末端的力矩可采用力矩傳感器檢測方式或串聯動態彈性控制檢測方式或電流估計檢測方式。