[發(fā)明專利]人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310248324.6
• 申請(qǐng)日: 2023-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116372915A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉霞;吳健國(guó);楊勇;蔣文波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西華大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 成都擎智秉業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 辜桂芳

本發(fā)明公開(kāi)了人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法，解決了人機(jī)交互的柔順性難以控制的技術(shù)問(wèn)題。人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法，包括步驟：根據(jù)機(jī)器人末端速度和補(bǔ)償力控制律獲得操作者意圖來(lái)設(shè)計(jì)變阻抗策略，由變阻抗策略得到機(jī)器人的期望速度和期望加速度；再根據(jù)期望速度和機(jī)器人末端速度的誤差得到參考速度；再根據(jù)參考速度和機(jī)器人末端速度計(jì)算得到速度補(bǔ)償項(xiàng)，從而根據(jù)速度補(bǔ)償項(xiàng)和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到機(jī)器人速度控制律；通過(guò)參數(shù)自適應(yīng)律計(jì)算得到人手的前饋力的估計(jì)值、人手的阻尼參數(shù)的估計(jì)值以及人手的剛度參數(shù)的估計(jì)值，從而得到補(bǔ)償力控制律；機(jī)器人的總控制器根據(jù)機(jī)器人速度控制律和補(bǔ)償力控制律對(duì)人機(jī)交互進(jìn)行柔順控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人機(jī)交互柔順控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)器人與操作者交互也在日益增多，僅是位置控制已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，在人機(jī)交互中需要機(jī)器人對(duì)操作者的力作出反應(yīng)，所以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔順控制是非常有必要的，例如：示教、碰撞檢測(cè)、精準(zhǔn)力控等。阻抗控制是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的柔順控制的重要手段之一，阻抗控制的目的之一是通過(guò)機(jī)器人位置和力的動(dòng)態(tài)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的柔順控制。

張思涵《采用力控的外骨骼人機(jī)交互及機(jī)械臂柔順裝配研究》中提出了一種基于速度的導(dǎo)納控制器，主要是通過(guò)機(jī)器人的質(zhì)量參數(shù)和阻尼參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)交互的柔順控制。但是采用機(jī)器人末端的力傳感器獲取人機(jī)交互力，在現(xiàn)實(shí)中，力傳感器存在測(cè)量噪聲，會(huì)為控制系統(tǒng)帶來(lái)不良影響，且力傳感器的成本較高。并且，為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的柔順控制，還應(yīng)該在理解操作者意圖的情況下對(duì)機(jī)器人采取變阻抗的策略。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中人機(jī)交互的柔順性難以控制的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法，技術(shù)方案如下：

人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法，包括步驟：

根據(jù)機(jī)器人末端速度和補(bǔ)償力控制律獲得操作者意圖來(lái)設(shè)計(jì)變阻抗策略，由變阻抗策略得到機(jī)器人的期望速度和期望加速度，再根據(jù)期望速度和機(jī)器人末端速度的誤差得到參考速度；

根據(jù)參考速度和機(jī)器人末端速度計(jì)算得到速度補(bǔ)償項(xiàng)，再根據(jù)速度補(bǔ)償項(xiàng)和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到機(jī)器人速度控制律；

通過(guò)參數(shù)自適應(yīng)律計(jì)算得到人手的前饋力的估計(jì)值、人手的阻尼參數(shù)的估計(jì)值以及人手的剛度參數(shù)的估計(jì)值，從而得到補(bǔ)償力控制律；

機(jī)器人的總控制器根據(jù)機(jī)器人速度控制律和補(bǔ)償力控制律對(duì)人機(jī)交互進(jìn)行柔順控制。

在本發(fā)明的控制方法中，第一方面，將機(jī)器人與人交互時(shí)產(chǎn)生的交互力和機(jī)器人末端速度(即：機(jī)器人末端執(zhí)行器的速度)相結(jié)合來(lái)預(yù)測(cè)操作者的意圖，從而根據(jù)操作者的意圖設(shè)計(jì)變阻抗策略；第二方面，為了讓速度更加平穩(wěn)，在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上增加速度補(bǔ)償項(xiàng)，以此設(shè)計(jì)的速度控制律能夠使得機(jī)器人速度更加平穩(wěn)；第三方面，為了消除力傳感器在測(cè)量交互力時(shí)帶來(lái)的噪聲，通過(guò)參數(shù)自適應(yīng)律得到的補(bǔ)償力控制律，用補(bǔ)償力控制律來(lái)替代交互力從而消除力傳感器噪聲。經(jīng)驗(yàn)證，本發(fā)明的控制方法有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中人機(jī)交互的柔順性難以控制的技術(shù)問(wèn)題，能夠使得機(jī)器人在與操作者交互過(guò)程中機(jī)器人速度穩(wěn)定在一個(gè)可接受范圍內(nèi)變化，有效的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的柔順性。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)輔助對(duì)本發(fā)明的理解，附圖中所提供的內(nèi)容及其在本發(fā)明中有關(guān)的說(shuō)明可用于解釋本發(fā)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的人機(jī)交互的在線變阻抗柔順控制方法的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。