一种控制方法及机器人技术

本发明专利技术实施例涉及机器人领域，公开了一种控制方法及机器人。本发明专利技术中，控制方法包括：获取机器人的第一动力学模型；其中，第一动力学模型用于表示关节的运动参数与前馈力矩之间的关系，第一动力学模型的参数已知；将关节的参考的运动参数代入第一动力学模型，计算得到关节的前馈力矩；其中，运动参数包括关节角度、关节角速度和关节角加速度；根据关节的前馈力矩确定关节当前的关节力矩；按照关节当前的关节力矩控制机器人运动。本发明专利技术实施方式减轻了机器人在上电瞬间和运动过程中的抖动问题，提升机器人系统的控制精度。

A control method and robot

The embodiment of the invention relates to the field of robot, and discloses a control method and a robot. In the invention, the control method comprises the following steps: first to obtain the robot dynamics model; wherein, the first kinetic model is used to represent the relationship between motion parameters and torque feedforward joint, the first known parameters dynamic model; motion parameters in a dynamic model of joint reference, the calculated torque feedforward joint; the motion parameters including joint angle, angular velocity and angular joint acceleration; according to the joint torque feedforward joint torque current is determined according to the current joint; joint torque control robot. The method of implementation of the invention reduces the jitter of the robot in the process of power up and motion, and improves the control precision of the robot system.

【技术实现步骤摘要】
一种控制方法及机器人
本专利技术实施例涉及控制
，特别涉及一种控制方法及机器人。
技术介绍
机器人是自动控制机器的俗称，是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。如今，机器人的应用越来越宽，由95％的工业应用扩展到更多领域的非工业应用，如医学、农业、建筑业甚至军事等。机器人的控制方式一般是位置反馈控制方式。位置反馈控制方式是指按照机器人实际位置和期望位置的偏差进行反馈控制，是一个半闭环的控制方式。专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：位置反馈控制方式存在一些缺点，如只有位置偏差形成以后，控制作用才发生相应改变，即控制作用落后于干扰的作用。这些缺点使得机器人难以具有良好的动态和静态性能，主要表现为机器人使用过程中的抖动问题。目前，由于机器人在制造、装配过程而产生的误差，可以通过杆长标定的方式将误差降到最低。但是，由于力学因素和控制器性能引起的抖动问题却不能通过杆长标定和位置反馈控制方式解决。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种控制方法及机器人，减轻了机器人在上电瞬间和运动过程中的抖动问题，提升机器人的控制精度。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种控制方法，包括以下步骤：获取机器人的第一动力学模型；其中，第一动力学模型用于表示关节的运动参数与前馈力矩之间的关系，第一动力学模型的参数已知；将关节的参考的运动参数代入第一动力学模型，计算得到关节的前馈力矩；其中，运动参数包括关节角度、关节角速度和关节角加速度；根据关节的前馈力矩确定关节当前的关节力矩；按照关节当前的关节力矩控制机器人运动。本专利技术的实施方式还提供了一种机器人，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如上述实施方式所涉及的控制方法。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，加入了前馈控制。机器人在上电瞬间或运动过程中，会获得参考的运动参数，通过将参考的运动参数代入第一动力学模型中，就可以计算关节的前馈力矩，并根据关节的前馈力矩确定机器人的关节当前的关节力矩，按照关节当前的关节力矩控制机器人运动。通过引入前馈控制，使得机器人不需要等到实际运动偏差就可以进行调整，减轻了机器人在上电瞬间或运动过程中出现的抖动问题，提高了机器人的控制精度。另外，获取机器人的第一动力学模型之前，控制方法还包括：通过模型辨识方法建立第一动力学模型。通过模型辨识方法建立第一动力学模型的过程，相对于采用物理测量法建立模型的过程而言，不需要使用专门的测量装置，实现简单。另外，通过模型辨识方法建立第一动力学模型，具体包括：确定输入为机器人关节的运动参数、输出为机器人关节的三维关节力和三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量的第一约束关系；确定输入为机器人关节的三维关节力及三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量、输出为机器人的前馈力矩的第二约束关系；根据第一约束关系和第二约束关系确定第二动力学模型，其中，第二动力学模型的参数未知；对机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的关节力矩作为前馈力矩，根据机器人关节的运动参数和前馈力矩确定第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为第一动力学模型。另外，对机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的关节力矩作为前馈力矩，根据机器人关节的运动参数和前馈力矩确定第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为第一动力学模型，具体包括：确定第二动力学模型的最小参数集；其中，最小参数集为{Ixx-Iyy,Ixy,Ixz,Iyz,Izz,mrx,mry}其中，Ixx表示转动惯量在x轴的分量，Iyy表示转动惯量在y轴的分量，Izz表示转动惯量在z轴的分量，Ixy表示转动惯量在x轴与y轴构成的平面上的分量，Iyz表示转动惯量在y轴与z轴构成的平面上的分量，Ixz表示转动惯量在x轴与z轴构成的平面上的分量；x轴、y轴、z轴为机器人的坐标系i的坐标轴；i表示机器人的关节的编号，坐标系i为以机器人的关节i为原点的三维坐标系；控制机器人按照激励轨迹运动，对运动中的机器人的关节角度、关节角速度、关节角加速度和关节力矩进行M次采样，其中，M为正整数；将关节角度、关节角速度和关节角加速度代入第二动力学模型，并将采样得到的关节力矩作为前馈力矩，代入第二动力学模型，计算得到最小参数集中各参数的取值。在计算第二动力学模型中的未知参数的取值前，确定最小参数集，有效地降低了计算的复杂度，使得计算过程更为简单。另外，通过模型辨识方法建立第一动力学模型，具体包括：确定输入为机器人关节的运动参数、输出为机器人关节的三维关节力和三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量的第一约束关系；确定输入为机器人关节的三维关节力及三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量、输出为机器人的前馈力矩的第二约束关系；根据第一约束关系和第二约束关系确定第三动力学模型，其中，第三动力学模型的参数未知；建立机器人的摩擦力模型；其中，摩擦力模型中含有摩擦力参数；将第三动力学模型和摩擦力模型相加，得到第二动力学模型；对机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的关节力矩作为前馈力矩，根据机器人关节的运动参数和前馈力矩确定第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为第一动力学模型。在建立动力学模型时，还建立了机器人的摩擦力模型，将第三动力学模型和摩擦力模型相加，得到第二动力学模型。将摩擦力的因素综合考虑进第二动力学模型中，可以得到一个更接近于实际的动力学模型，提高了模型的精度。另外，对机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的关节力矩作为前馈力矩，根据机器人关节的运动参数和前馈力矩确定第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为第一动力学模型，具体包括：确定第二动力学模型的最小参数集；其中，最小参数集为{Ixx-Iyy,Ixy,Ixz,Iyz,Izz,mrx,mry,fc,fv}其中，Ixx表示转动惯量在x轴的分量，Iyy表示转动惯量在y轴的分量，Izz表示转动惯量在z轴的分量，Ixy表示转动惯量在x轴与y轴构成的平面上的分量，Iyz表示转动惯量在y轴与z轴构成的平面上的分量，Ixz表示转动惯量在x轴与z轴构成的平面上的分量；x轴、y轴、z轴为机器人的坐标系i的坐标轴，i表示机器人的关节的编号，坐标系i为以机器人的关节i为原点的三维坐标系；fc为库仑摩擦力参数，fv为粘性摩擦参数；控制机器人按照激励轨迹运动，对运动中的机器人的关节角度、关节角速度、关节角加速度和关节力矩进行M次采样，其中，M为正整数；将关节角度、关节角速度和关节角加速度代入第二动力学模型，将关节力矩作为前馈力矩，代入第二动力学模型，计算得到最小参数集中各参数的取值。在计算第二动力学模型中的未知参数的取值前，确定最小参数集，有效地降低了计算的复杂度，使得计算过程更为简单。由于最小参数集中包括摩擦力参数，所以可以求得摩擦力参数的取值，将摩擦力参数的取值代入第二动力学模型后得到的第一动力学模型会更符合实际。另外，确定输入为机器人关节的运动参数、输出为机器人关节的三维关节力和三维的关节力矩作用在连杆质心上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制方法，其特征在于，包括：获取机器人的第一动力学模型；其中，所述第一动力学模型用于表示关节的运动参数与前馈力矩之间的关系，所述第一动力学模型的参数已知；将关节的参考的运动参数代入所述第一动力学模型，计算得到所述关节的前馈力矩；其中，所述运动参数包括关节角度、关节角速度和关节角加速度；根据所述关节的前馈力矩确定所述关节当前的关节力矩；按照所述关节当前的关节力矩控制所述机器人运动。

【技术特征摘要】
1.一种控制方法，其特征在于，包括：获取机器人的第一动力学模型；其中，所述第一动力学模型用于表示关节的运动参数与前馈力矩之间的关系，所述第一动力学模型的参数已知；将关节的参考的运动参数代入所述第一动力学模型，计算得到所述关节的前馈力矩；其中，所述运动参数包括关节角度、关节角速度和关节角加速度；根据所述关节的前馈力矩确定所述关节当前的关节力矩；按照所述关节当前的关节力矩控制所述机器人运动。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取机器人的第一动力学模型之前，所述控制方法还包括：通过模型辨识方法建立所述第一动力学模型。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述通过模型辨识方法建立所述第一动力学模型，具体包括：确定输入为所述机器人关节的运动参数、输出为所述机器人关节的三维关节力和三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量的第一约束关系；确定输入为所述机器人关节的三维关节力及三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量、输出为所述机器人的所述前馈力矩的第二约束关系；根据所述第一约束关系和所述第二约束关系确定第二动力学模型，其中，所述第二动力学模型的参数未知；对所述机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的所述关节力矩作为所述前馈力矩，根据所述机器人关节的运动参数和所述前馈力矩确定所述第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为所述第一动力学模型。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述对所述机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的所述关节力矩作为所述前馈力矩，根据所述机器人关节的运动参数和所述前馈力矩确定所述第二动力学模型的未知参数的取值，具体包括：确定所述第二动力学模型的最小参数集；其中，所述最小参数集为{Ixx-Iyy,Ixy,Ixz,Iyz,Izz,mrx,mry}其中，Ixx表示转动惯量在x轴的分量，Iyy表示所述转动惯量在y轴的分量，Izz表示所述转动惯量在z轴的分量，Ixy表示所述转动惯量在x轴与y轴构成的平面上的分量，Iyz表示所述转动惯量在y轴与z轴构成的平面上的分量，Ixz表示所述转动惯量在x轴与z轴构成的平面上的分量；所述x轴、y轴、z轴为机器人的坐标系i的坐标轴；i表示所述机器人的关节的编号，所述坐标系i为以所述机器人的关节i为原点的三维坐标系；控制所述机器人按照激励轨迹运动，对运动中的所述机器人的关节角度、关节角速度、关节角加速度和关节力矩进行M次采样，其中，M为正整数；将所述关节角度、所述关节角速度和所述关节角加速度代入所述第二动力学模型，并将采样得到的所述关节力矩作为所述前馈力矩，代入所述第二动力学模型，计算得到所述最小参数集中各参数的取值。5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述通过模型辨识方法建立所述第一动力学模型，具体包括：确定输入为所述机器人关节的运动参数、输出为所述机器人关节的三维关节力和三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量的第一约束关系；确定输入为所述机器人关节的三维关节力及三维的关节力矩作用在连杆质心上的分量、输出为所述机器人的所述前馈力矩的第二约束关系；根据所述第一约束关系和所述第二约束关系确定第三动力学模型，其中，所述第三动力学模型的参数未知；建立所述机器人的摩擦力模型；其中，所述摩擦力模型中含有摩擦力参数；将所述第三动力学模型和所述摩擦力模型相加，得到第二动力学模型；对所述机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的所述关节力矩作为所述前馈力矩，根据所述机器人关节的运动参数和所述前馈力矩确定所述第二动力学模型的未知参数的取值，将参数已知的第二动力学模型作为所述第一动力学模型。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述对所述机器人关节的运动参数以及关节力矩进行采样，将采样得到的所述关节力矩作为所述前馈力矩，根据所述机器人关节的运动参数和所述前馈力矩确定所述第二动力学模型的未知参数的取值，具体包括：确定所述第二动力学模型的最小参数集；其中，所述最小参数集为{Ixx-Iyy,Ixy,Ixz,Iyz,Izz,mrx,mry,f...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺丁一，刘天华，林俐，邓洪洁，
申请(专利权)人：上海新时达机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31