[發(fā)明專利]機器人運動控制方法、裝置和機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110360660.0
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113070881B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓剛;趙明國;熊友軍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)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(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁韜

本申請實施例提供一種機器人運動控制方法、裝置和機器人，該方法包括：根據(jù)任務(wù)軌跡信息和機器人實時反饋的關(guān)節(jié)角相關(guān)信息計算對應(yīng)控制周期的期望運動狀態(tài)信息；利用各個關(guān)節(jié)角求解對應(yīng)控制周期的虛擬斥力并根據(jù)虛擬斥力計算避限位角相關(guān)信息；基于對應(yīng)控制周期的期望運動狀態(tài)信息和避限位角相關(guān)信息對優(yōu)化模型求解，得到滿足關(guān)節(jié)平滑避限位且用于執(zhí)行任務(wù)的最優(yōu)關(guān)節(jié)角加速度或角速度以用于在對應(yīng)控制周期控制該機器人運動。本申請可根據(jù)每個控制周期的機器人狀態(tài)，平滑地產(chǎn)生遠離關(guān)節(jié)限位的行為，無需預(yù)先規(guī)劃避撞軌跡，并在自由度滿足的情況下，仍能保證規(guī)劃任務(wù)的順利執(zhí)行，使得機器人安全穩(wěn)定地運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人運動控制方法、裝置和機器人。

背景技術(shù)

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人正逐漸從結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中走出來，走進動態(tài)多變的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。在機器人執(zhí)行多種復(fù)雜任務(wù)(機械臂運動跟隨、足式機器人質(zhì)心動量控制等)以及受到各種外界干擾(躲避障礙物撞擊、柔順響應(yīng)外力拖拽等)時，均有可能產(chǎn)生關(guān)節(jié)超限位的問題。為此，在機器人在執(zhí)行任務(wù)過程中，如何保證當關(guān)節(jié)角度接近關(guān)節(jié)限位時，能夠平穩(wěn)地遠離關(guān)節(jié)限位，是實現(xiàn)機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例提供一種機器人運動控制方法、裝置和機器人，可以實現(xiàn)平穩(wěn)地遠離關(guān)節(jié)限位，且在自由度足夠的情況下，仍保證原有任務(wù)能夠順利執(zhí)行，從而使機器人安全穩(wěn)定地運行。

本申請的實施例提供一種機器人運動控制方法，包括：

根據(jù)規(guī)劃的任務(wù)軌跡信息和機器人在對應(yīng)控制周期反饋的關(guān)節(jié)角相關(guān)信息計算機器人各個關(guān)節(jié)在對應(yīng)控制周期的用于執(zhí)行任務(wù)的期望運動狀態(tài)信息，所述關(guān)節(jié)角相關(guān)信息包括各個關(guān)節(jié)角；

基于反饋的各個關(guān)節(jié)角求解對應(yīng)控制周期的各個關(guān)節(jié)遠離限位的虛擬斥力，并根據(jù)所述虛擬斥力計算各個關(guān)節(jié)的避限位角相關(guān)信息；

基于對應(yīng)控制周期的所述期望運動狀態(tài)信息和所述避限位角相關(guān)信息對關(guān)節(jié)平滑避限位優(yōu)化模型進行最優(yōu)求解，以得到滿足關(guān)節(jié)平滑避限位且用于執(zhí)行任務(wù)的關(guān)節(jié)角加速度或關(guān)節(jié)角速度；

利用所述關(guān)節(jié)角加速度或關(guān)節(jié)角速度生成對應(yīng)控制周期的關(guān)節(jié)控制指令，各個控制周期的所述關(guān)節(jié)控制指令用于控制該機器人運動以完成所述規(guī)劃的任務(wù)。

在本申請的一些實施例中，根據(jù)規(guī)劃的任務(wù)軌跡信息和機器人在對應(yīng)控制周期反饋的關(guān)節(jié)角相關(guān)信息計算機器人各個關(guān)節(jié)在對應(yīng)控制周期的用于執(zhí)行任務(wù)的期望運動狀態(tài)信息，包括：

根據(jù)規(guī)劃的任務(wù)軌跡信息獲得機器人在對應(yīng)控制周期的任務(wù)空間的參考運動狀態(tài)信息；

獲取機器人在對應(yīng)控制周期反饋的關(guān)節(jié)角相關(guān)信息，并根據(jù)所述關(guān)節(jié)角相關(guān)信息計算機器人各個關(guān)節(jié)在任務(wù)空間的實際運動狀態(tài)信息；

根據(jù)在任務(wù)空間的所述參考運動狀態(tài)信息和所述實際運動狀態(tài)信息基于預(yù)設(shè)關(guān)節(jié)控制律計算機器人各個關(guān)節(jié)在對應(yīng)控制周期的用于執(zhí)行任務(wù)的期望運動狀態(tài)信息。

在本申請的一些實施例中，所述虛擬斥力的表達式基于關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角和關(guān)節(jié)限位角范圍預(yù)先構(gòu)建，包括：

根據(jù)關(guān)節(jié)限位角范圍確定所述關(guān)節(jié)的角度安全變化的上邊界和下邊界，以得到所述關(guān)節(jié)的角度安全范圍；

當實際反饋的關(guān)節(jié)角位于所述關(guān)節(jié)的角度安全范圍內(nèi)，則所述虛擬斥力為0；當實際反饋的關(guān)節(jié)角位于所述關(guān)節(jié)的角度安全范圍外，則在所述關(guān)節(jié)角越接近所述關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)限位方向。

在本申請的一些實施例中，所述避限位角相關(guān)信息包括關(guān)節(jié)的避限位角，所述關(guān)節(jié)的避限位角與虛擬斥力的關(guān)系式基于關(guān)節(jié)導納控制構(gòu)建，所述關(guān)系式如下：