[發明專利]一種基于預設力誤差的機器人示教軌跡重現方法

在審

• 申請號: 202211611034.5
• 申請日: 2022-12-14
• 公開（公告）號: CN116038657A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 黃浩暉;楊辰光
• 申請（專利權）人: 佛山紐欣肯智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 廣州博聯知識產權代理有限公司 44663
• 代理人: 王洪江

本發明提供一種基于預設力誤差的機器人示教軌跡重現方法，所述的方法將力誤差視為控制目標，為該力誤差設定約束空間，通過同胚映射，將約束空間轉換為無約束空間，并在無約束空間下設定非線性控制器，轉換控制目標為使無約束空間有界，從而使原始控制目標力信號誤差處于約束空間中；本發明通過用預設性能控制方法將力誤差限定在預設區域內，通過修改動態運動基元方程的學習項以控制由力誤差生成的映射方程，從而實現兩方面效果；重現軌跡時由力誤差信號靈活修改軌跡，將力信號誤差限定在預設區間內；本發明解決了傳統的機器人在使用示教軌跡重現的過程中無法對復雜環境作出有效力適應的情況，其可用于機器人復雜工件打磨、復合耗材鋪放等工序。

技術領域

本發明涉及機器人工業打磨技術領域，尤其是一種基于預設力誤差的機器人示教軌跡重現方法。

背景技術

在機器人工業打磨領域中，一種常用的方法是大量采集人類操作者的示教軌跡或者離線編程方式，同時在實際使用的過程中機器人反復的重現該軌跡以完成高效、精確、可重復的機械工作。然而，上述方法對可加工的工件模型有著明確的要求，并且由于實際加工的過程中存在工件公差、控制誤差等不確定性，導致了上述方法的應用尚且存在局限性。具體的問題描述如下：

1)、使用示教軌跡的機器人難以在限度內實時地調整接觸的強度以適應不同的加工要求，因此無法加工表面不規則物體及剛度不連續物體。常規的示教軌跡控制環通常使用位置控制或柔順控制，在重現軌跡的過程中，機器人或無法根據外部力反饋作出有效的控制變更以滿足任務的靈活切換，或需要外部物體的物理參數以實現此類變更。

例如，在打磨任務中，如果被加工物體存在一定的形變誤差而與標準件形狀不同，或被加工物體本身是某種難以通過特定軌跡描述形狀的不規則物體時，無法通過軌跡良好地限制接觸的強度，嚴重時將破壞物體。

另一方面，對于由多種材料復合形成的工件，由于工件各部分的物理性能不相同，常規的引入力環的控制通常只能針對某一種已知材料進行力反饋控制，而無法對整個工件進行精細打磨。因此，類似的物品通常通過其他方式進行操作，而不能使用機器人進行加工處理。

2)、使用示教軌跡的機器人難以將接觸強度控制在預設的限度內。由于軌跡重現的過程沒有顯示的納入其他控制信號(例如力信號)，因此無法顯示的控制當前的接觸強度。類似的機器人通常配有碰撞檢測等模塊，用于在交互中出現超出安全范圍的力信號的情況下緊急制動保證交互的安全。然而，此類方法屬于被動的限制接觸的強度，且由于系統的響應延后而失效。對于一個人類的工人來說，在操作的過程中，不僅可以跟蹤一個通過視覺確定的大致軌跡，同時，人類的工人也可以根據皮膚反饋的力信號實時的修改和調整力的大小，并將力的限度控制在預設范圍內。

專利CN201310745783.1公開了一種機器人示教軌跡規劃方法和系統，并用于工業操作過程中。這種方法采集示教軌跡的空間關鍵點，根據其中的關鍵點，使用多節點樣條插值函數以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡，并具有空間軌跡規劃準確，前瞻誤差控制和示教動作平滑的特點。

然而專利的方法僅僅考慮了在示教軌跡生成的穩定性和實用性，沒有考慮到在打磨場景下軌跡重現的過程中，如何實時的根據接觸的力信號誤差實時的調整軌跡以順應加工表面，同時將力誤差控制在合理的預設區間內以保證加工安全。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于預設力誤差的機器人示教軌跡重現方法，本發明通過。

本發明的技術方案為：一種基于預設力誤差的機器人示教軌跡重現方法，所述的方法將力誤差視為控制目標，為該力誤差設定約束空間，通過同胚映射，將約束空間轉換為無約束空間，并在無約束空間下設定非線性控制器，轉換控制目標為使無約束空間有界，從而使原始控制目標力信號誤差處于約束空間中；具體包括以下步驟：