[發明專利]機械臂及其自適應導納控制系統和方法、機器人

在審

• 申請號: 202211191815.3
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115741668A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 宋仲康;崔元洋;王沖沖;陳慶盈;汪龍祥;孫欣然;王申
• 申請（專利權）人: 遨博（江蘇）機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 呂小麗

1.一種機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，包括：

觀測器，所述觀測器用于接收接觸力信號，并根據所述接觸力信號生成震蕩幅度參數，其中，所述接觸力信號為對所述機械臂末端接觸力進行采集獲取的信號；

期望軌跡生成器，所述期望軌跡生成器的輸入端與所述觀測器的輸出端相連，所述期望軌跡生成器用于在所述震蕩幅度參數大于預設閾值時調整初始環境剛度，并根據調整后的初始環境剛度生成所述機械臂的期望位姿；

導納控制器，所述導納控制器的輸入端與所述觀測器的輸出端相連，所述導納控制器用于在所述震蕩幅度參數大于所述預設閾值時，根據所述震蕩幅度參數和所述預設閾值調整所述導納控制器的導納參數，并根據調整后的導納參數生成所述機械臂的位姿偏差；

運動控制器，所述運動控制器的輸入端分別與所述期望軌跡生成器的輸出端和所述導納控制器的輸出端相連，所述運動控制器用于根據所述位姿偏差和所述期望位姿對所述機械臂進行控制。

2.根據權利要求1所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，所述觀測器具體用于通過以下公式生成所述震蕩幅度參數：

其中，η為平滑系數，為前一采樣周期的震蕩幅度參數，為當前采樣周期的所述接觸力信號高頻成分和低頻成分的第一比值，為當前采樣周期的所述接觸力信號的時域信號在進行加窗處理時對應的標準偏差與最大允許力的第二比值，為當前采樣周期的震蕩幅度參數。

3.根據權利要求1所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，所述期望軌跡生成器通過以下公式調整所述初始環境剛度：

其中，為初始環境剛度，為所述機械臂末端實際接觸力的變化量與實際位姿的變化量的比值。

4.根據權利要求3所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，所述期望軌跡生成器根據調整后的初始環境剛度通過以下公式生成所述機械臂的期望位姿：

其中，為當前采樣周期的環境剛度，γ₁為第一正標量常數，γ₂為第二正標量常數，f^p為第p個采樣周期的估計接觸力，f^p為第p個采樣周期的實際接觸力，x^p為第p個采樣周期的所述機械臂末端實際位姿，為當期采樣周期的環境位置，x_e,0為初始環境位置，為第p個采樣周期的環境剛度，為第p個采樣周期的環境位置，f^k-1為前一采樣周期的估計接觸力，為前一采樣周期的環境剛度，x^k-1前一采樣周期的所述機械臂末端實際位姿，為前一采樣周期的環境位置，為當前采樣周期的所述機械臂末端的期望位姿，為當前采樣周期的環境位置，為當前采樣周期的期望接觸力。

5.根據權利要求1所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，所述導納參數包括阻尼，對應的，所述導納控制器具體用于通過以下公式調整所述導納控制器的導納參數：

其中，d(k)為當前采樣周期的阻尼，d(k-1)為前一采樣周期的阻尼，α為所述導納控制器對應的系數，為當前采樣周期的震蕩幅度參數，ε為所述預設閾值。

6.根據權利要求5所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，

將所述觀測器在1Hz輸入信號下的穩定輸出值作為所述預設閾值。

7.根據權利要求5所述的機械臂的自適應導納控制系統，其特征在于，采用以下公式形成所述導納控制器：

其中，M、D、K分別為根據調整后的導納參數更新后的期望二階系統的慣量、阻尼和剛度，F_d為期望接觸力，F_c為實際接觸力，x_d為所述機械臂的期望位姿，x_r為所述機械臂的參考位姿，E為所述機械臂的期望位姿x_d與參考位姿x_r之間的位姿偏差。