[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

本發明提供了一種機械臂及其自適應導納控制系統和機器人，該自適應導納控制系統包括：觀測器，用于接收接觸力信號，并根據接觸力信號生成震蕩幅度參數；期望軌跡生成器，期望軌跡生成器用于在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機械臂的期望位姿；導納控制器，導納控制器用于在震蕩幅度參數大于預設閾值時，根據震蕩幅度參數和預設閾值調整導納控制器的導納參數，并根據調整后的導納參數生成機械臂的位姿偏差；運動控制器，運動控制器用于根據位姿偏差和期望位姿對機械臂進行控制。在交互環境剛度發生突變時，依然能夠確保系統的動態響應性能和穩定性，可靠性較高。

技術領域

本發明涉及機械臂控制技術領域，具體涉及一種機械臂的自適應導納控制系統、一種機械臂的自適應導納控制方法和一種機械臂和一種機器人。

背景技術

基于導納控制架構的機器人力控方法，僅需要在機械臂上安裝力傳感器，通過導納控制器將接觸力信號轉換成機械臂的位置或速度偏差，用于修正機器人機械臂的運動指令，最終依賴高精度機器人運動控制器實現精確力控?；趯Ъ{架構的機器人力控方法具有精度高、容易實現的特點，被廣泛應用于機器人機械臂與環境的接觸力控制中。

相關技術中，采用傳統的導納控制架構對機器人進行力控的過程中，當交互環境剛度發生突變時，其動態響應性能和穩定性較差，系統可靠性較低。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供了一種機械臂的自適應導納控制系統，在通過觀測器觀測到系統出現不穩定趨勢時，更新自適應算法中初始環境剛度以提高自適應算法的收斂速度，同時調整導納參數，從而在交互環境剛度發生突變時，依然能夠確保系統的動態響應性能和穩定性，可靠性較高。

本發明還提供了一種機械臂的自適應導納控制方法。

本發明還提供了一種機械臂。

本發明還提供了一種機器人。

本發明采用的技術方案如下：

一種機械臂的自適應導納控制系統，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。

在本發明的一個實施例中，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。

在本發明的一個實施例中，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。

在本發明的一個實施例中，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：