[發明專利]機器人運動控制方法、裝置和機器人

有效

• 申請號: 202110360660.0
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113070881B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 韓剛;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;B25J13/00
• 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

1.一種機器人運動控制方法，其特征在于，包括：

根據規劃的任務軌跡信息和機器人在對應控制周期反饋的關節角相關信息計算機器人各個關節在對應控制周期的用于執行任務的期望運動狀態信息，所述關節角相關信息包括實時反饋的在關節空間的各個關節角、關節角速度和/或關節角加速度；

基于反饋的各個關節角求解對應控制周期的各個關節遠離限位的虛擬斥力，并根據所述虛擬斥力計算各個關節的避限位角相關信息；其中，所述虛擬斥力是一種實際反饋的關節角度在靠近關節限位角時定義的用于排斥或遠離關節限位的虛擬的力或力矩，且其方向為遠離關節限位的方向；所述避限位角相關信息包括關節的避限位角、避限位角速度和/或避限位角加速度，所述關節的避限位角與虛擬斥力的關系式基于關節導納控制構建；

其中，所述虛擬斥力的表達式基于關節的關節角和關節限位角范圍預先構建，具體包括：根據關節限位角范圍確定所述關節的角度安全變化的上邊界和下邊界，以作為角度安全范圍；當實際反饋的關節角位于所述關節的角度安全范圍內，則所述虛擬斥力為0；當實際反饋的關節角位于所述關節的角度安全范圍外，則在所述關節角越接近所述關節限位角范圍的上限或下限的情況下，所述虛擬斥力越大且方向遠離關節限位方向；

基于對應控制周期的所述期望運動狀態信息和所述避限位角相關信息對關節平滑避限位優化模型進行最優求解，以得到滿足關節平滑避限位且用于執行任務的關節角加速度或關節角速度；其中，所述關節平滑避限位優化模型為一個采用與關節角加速度或關節角速度有關的參量作為優化變量的平滑避限位優化問題；

利用所述關節角加速度或關節角速度生成對應控制周期的關節控制指令，各個控制周期的所述關節控制指令用于控制該機器人運動以完成所述規劃的任務。

2.根據權利要求1所述的機器人運動控制方法，其特征在于，所述根據規劃的任務軌跡信息和機器人在對應控制周期反饋的關節角相關信息計算機器人各個關節在對應控制周期的用于執行任務的期望運動狀態信息，包括：

根據規劃的任務軌跡信息獲得機器人在對應控制周期的任務空間的參考運動狀態信息；

獲取機器人在對應控制周期反饋的關節角相關信息，并根據所述關節角相關信息計算機器人各個關節在任務空間的實際運動狀態信息；

根據在任務空間的所述參考運動狀態信息和所述實際運動狀態信息基于預設關節控制律計算機器人各個關節在對應控制周期的用于執行任務的期望運動狀態信息。

3.根據權利要求1或2所述的機器人運動控制方法，其特征在于，所述關節的避限位角與虛擬斥力的所述關系式如下：

其中，Δq_JAL表示關節的避限位角；τ_JAL表示虛擬斥力；M_q、D和K分別為基于關節導納控制的虛擬慣量矩陣、虛擬阻尼矩陣和虛擬剛度矩陣；s表示微分算子。

4.根據權利要求1所述的機器人運動控制方法，其特征在于，所述關節平滑避限位優化模型經過預先構建，包括：

構建關節的關節角相關信息到期望運動狀態信息的映射方程；

基于關節的避限位角相關信息構建關節角速度或關節角加速度變化的表達式；

基于所述映射方程和所述關節角速度或關節角加速度變化的表達式的聯立方程構建平滑避限位優化模型，其中，基于該機器人執行任務過程中需滿足的等式約束和/或不等式約束構建所述平滑避限位優化模型的約束條件。

5.根據權利要求4所述的機器人運動控制方法，其特征在于，所述基于關節的避限位角相關信息構建關節角速度或關節角加速度變化的表達式，包括：

基于關節的所述角度安全范圍構建與關節角相關的激活因子的函數表達式，所述函數表達式用于求解所述關節在對應控制周期的激活因子；

以所述激活因子為對角元構建用于反映關節角動態變化的投影矩陣；

根據所述避限位角相關信息和所述投影矩陣構建關節角速度或關節角加速度變化的表達式。