[發(fā)明專(zhuān)利]間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)方法、系統(tǒng)和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310458203.4
• 申請(qǐng)日: 2023-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116214521A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳珊;張恒;張新甫;鮑爽;董方方;韓江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 合肥市澤信專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發(fā)明涉及一種間接參數(shù)適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)方法、系統(tǒng)和裝置。碰撞檢測(cè)方法包括如下步驟：S1：獲取具有未知負(fù)載的六軸機(jī)械臂的物理模型。S2：采集六軸機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出負(fù)載估計(jì)值。S3：將負(fù)載估計(jì)值、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入外力觀測(cè)器模型中，得到外力估計(jì)值。S4：判斷所有關(guān)節(jié)的外力估計(jì)值是否小于一個(gè)預(yù)設(shè)的外力閾值，若存在任意一個(gè)關(guān)節(jié)的外力估計(jì)值超出外力閾值，則視為發(fā)生了碰撞。否則視為未發(fā)生碰撞。本發(fā)明可以有效地估計(jì)出負(fù)載的大小，降低負(fù)載變化對(duì)外力估計(jì)的影響，使得外力估計(jì)值更加準(zhǔn)確，提高了碰撞檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性和魯棒性，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種六軸機(jī)械臂，特別是涉及一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)方法、一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)系統(tǒng)、一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)裝置、一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂的控制方法。

背景技術(shù)

人機(jī)協(xié)作作為工業(yè)機(jī)械臂智能化發(fā)展的一個(gè)重要方向，它結(jié)合了人的靈巧性以及機(jī)械臂高速、高精度重復(fù)的優(yōu)勢(shì)，大大提高了工業(yè)機(jī)械臂的適應(yīng)性和智能性。在人機(jī)協(xié)作過(guò)程中，機(jī)械臂與人在一個(gè)空間內(nèi)協(xié)同作業(yè)，當(dāng)機(jī)械臂與人發(fā)生碰撞時(shí)，不僅會(huì)影響工作效率，嚴(yán)重的情況下更會(huì)對(duì)操作者的生命安全帶來(lái)嚴(yán)重后果。為保障人和機(jī)械臂的安全性，機(jī)械臂需要具備碰撞檢測(cè)能力。

目前，為降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和硬件成本，常采用基于動(dòng)力學(xué)模型的碰撞檢測(cè)方法。然而，隨著六軸工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，六軸機(jī)械臂的末端負(fù)載可隨時(shí)隨任務(wù)的改變而發(fā)生變化。負(fù)載的變化會(huì)導(dǎo)致較大的模型誤差，使得現(xiàn)有的基于固定動(dòng)力學(xué)模型的碰撞檢測(cè)方法出現(xiàn)漏報(bào)或誤報(bào)的問(wèn)題。因此，如何有效消除負(fù)載變化帶來(lái)的影響從而提升碰撞檢測(cè)算法的準(zhǔn)確性及魯棒性是值得研究的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的六軸機(jī)械臂由于負(fù)載變化，導(dǎo)致碰撞檢測(cè)精度不高的問(wèn)題，提供一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)方法、系統(tǒng)和裝置。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種間接參數(shù)自適應(yīng)的六軸機(jī)械臂碰撞檢測(cè)方法包括如下步驟：

S1：獲取具有未知負(fù)載的六軸機(jī)械臂的物理模型。

S2：采集六軸機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算六軸機(jī)械臂的負(fù)載估計(jì)值。負(fù)載估計(jì)值的具體計(jì)算方法如下：

S21：構(gòu)建自適應(yīng)函數(shù)。自適應(yīng)函數(shù)τ_L表達(dá)為：

式中，為自適應(yīng)回歸矩陣，ε為模型預(yù)測(cè)誤差。

S22：計(jì)算自適應(yīng)律矩陣。自適應(yīng)律矩陣采用以下公式計(jì)算：

式中，u為遺忘因子，ρ_m為防止負(fù)載估計(jì)發(fā)散而設(shè)置的更新率上界，λ_max為Γ_L(t)的最大特征值。

S23：構(gòu)建基于廣義動(dòng)量的間接參數(shù)自適應(yīng)律，將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為輸入，在間接參數(shù)自適應(yīng)律中計(jì)算出負(fù)載估計(jì)值。負(fù)載估計(jì)值通過(guò)以下公式計(jì)算得到：

式中，為自適應(yīng)律估計(jì)速率的上界，為飽和函數(shù)，為投影映射函數(shù)，和分別為閉集的內(nèi)部和邊界。為時(shí)的指向外側(cè)的單位法向量。

S3：獲取外力觀測(cè)器模型，將負(fù)載估計(jì)值、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入外力觀測(cè)器模型中，得到外力估計(jì)值。

S4：判斷每個(gè)關(guān)節(jié)的外力估計(jì)值是否小于一個(gè)預(yù)設(shè)的外力閾值，若存在任意一個(gè)關(guān)節(jié)的外力估計(jì)值超出外力閾值，則視為發(fā)生了碰撞。否則視為未發(fā)生碰撞。