机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置，该方法包括：实时计算目标机器人的可操作性指标；根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形；如果确定得到目标机器人接近奇异位形，则基于可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，以使目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续运动。该方法能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。

Avoiding singularity method and device in robot force control traction process

The invention provides a method and device for avoiding singularity in the process of robot force-controlled traction, which includes: calculating the maneuverability index of the target robot in real time; determining whether the target robot is close to the singular shape according to the maneuverability index; and determining whether the target robot is close to the singular shape based on the maneuverability if the target robot is close to the singular shape. The constraint force is calculated by the performance index, and the additional constraint force is applied to the target robot through the driver, so that the target robot can continue to move without singularity under the constraint force. This method can effectively avoid the robot reaching singular shape, make the process of force-controlled traction continuous, improve the operation experience of force-controlled traction, improve the operation efficiency of force-controlled traction, alleviate the existing robot in the process of force-controlled traction, because the operator will pull the robot to singular shape. The resulting robot alarm shutdown, resulting in force-controlled traction operation inefficiency, poor operation experience of technical problems.

【技术实现步骤摘要】
机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置
本专利技术涉及机器人的
，尤其是涉及一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置。
技术介绍
目前，机器人的避奇异一般是在位置控制中进行，当机械臂运动至接近奇异位形的时候，机器人会停止动作，并发出报警。或者在进行轨迹规划的时候就考虑到避奇异的问题，使生成的轨迹远离奇异位形。为了能够实现机器人的位置控制，牵引示教(即力控牵引)是一个必不可少的前提。在协作型机器人的力控牵引过程中：先在机器人的示教器上点击牵引示教按钮，使机器人进入牵引状态；然后操作者抓住机器人的末端，并往任意方向施加一定的力；控制器检测到操作者施加的力信号后，给驱动器发送位置信息，控制机器人往施加力的方向进行运动。在此过程中，由于机器人是跟随操作者施加的力在运动，因此有可能导致机器人达到奇异位形。现有的技术对这种情况的处理方式是报警并停机，如果重新操作需要先对机器人进行复位，这就影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。综上，在现有的机器人力控牵引过程中，操作者常常会将机器人牵引至奇异位形而导致机器人报警停机，影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法及装置，以缓解现有的机器人力控牵引过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，应用于控制器，所述方法包括：实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动之后，所述方法还包括：判断所述力控牵引的过程是否结束；如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：如果确定得到所述目标机器人未接近所述奇异位形，则使所述目标机器人在所述操作者的力控牵引下继续运动，直至所述力控牵引的过程结束。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，实时计算目标机器人的可操作性指标包括：根据可操作性指标计算算式计算所述可操作性指标，其中，W表示所述可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形包括：判断所述可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；如果所述可操作性指标小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人接近所述奇异位形；如果所述可操作性指标不小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人未接近所述奇异位形。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，基于所述可操作性指标计算约束力包括：计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，所述预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；基于所述新的关节位置计算新的可操作性指标；结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度；根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小，其中，所述约束力的方向为使所述操作性指标变大的方向。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度包括：根据可操作性指标的梯度计算算式计算所述可操作性指标的梯度，其中，Δw±表示所述可操作性指标的梯度，w(qn±)表示所述新的可操作性指标，w(q)表示所述可操作性指标，V±表示所述预设速度，qn±表示所述新的关节位置，q表示关节位置。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据所述可操作性指标的梯度确定所述约束力的方向和所述约束力的大小包括：在所述可操作性指标的梯度中确定最大梯度，其中，所述可操作性指标的梯度Δw±包括：Δw+和Δw-，Δw+与qn+对应，Δw-与qn-对应，qn+与V+对应，qn-与V-对应，V+和V-表示方向相反的预设速度；将与所述最大梯度所对应的预设速度的方向作为所述约束力的方向；根据约束力大小计算算式F＝k(w)max(Δw±)计算所述约束力的大小，其中，k(w)为关于可操作性指标w(q)的参数，max(Δw±)表示所述最大梯度。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种机器人力控牵引过程中的避奇异装置，应用于控制器，所述装置包括：第一计算模块，用于实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；确定模块，用于根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；第二计算模块，如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：判断模块，用于判断所述力控牵引的过程是否结束；返回执行模块，如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。本专利技术实施例带来了以下有益效果：在现有的机器人力控牵引过程中，操作者常常会将机器人牵引至奇异位形而导致机器人报警停机，影响了力控牵引的操作体验，降低了操作效率。与现有的机器人力控牵引相比，本专利技术的机器人力控牵引过程中的避奇异方法中，控制器能够实时计算目标机器人的可操作性指标，进而根据可操作性指标确定目标机器人是否接近奇异位形，如果目标机器人接近奇异位形，则基于操作性指标计算约束力，并通过驱动器向目标机器人额外施加约束力，使得目标机器人在约束力的作用下避开奇异位形继续进行力控牵引的操作。该方法在力控牵引的过程中，能够有效避免机器人到达奇异位形，使得力控牵引的过程能够连续不断进行，改善了力控牵引的操作体验，提高了力控牵引的操作效率，缓解了现有的机器人在进行力控牵引的过程中，因操作者将机器人牵引至奇异位形所导致的机器人报警停机，致使力控牵引操作效率低下，操作体验差的技术问题。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，其特征在于，应用于控制器，所述方法包括：实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。

【技术特征摘要】
1.一种机器人力控牵引过程中的避奇异方法，其特征在于，应用于控制器，所述方法包括：实时计算目标机器人的可操作性指标，其中，所述目标机器人为在笛卡尔空间中，被操作者进行力控牵引的机器人；根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形；如果确定得到所述目标机器人接近所述奇异位形，则基于所述可操作性指标计算约束力，并通过驱动器向所述目标机器人额外施加所述约束力，以使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述目标机器人在所述约束力的作用下避开所述奇异位形继续运动之后，所述方法还包括：判断所述力控牵引的过程是否结束；如果所述力控牵引的过程未结束，则返回执行实时计算目标机器人的可操作性指标的步骤，直至所述力控牵引的过程结束。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果确定得到所述目标机器人未接近所述奇异位形，则使所述目标机器人在所述操作者的力控牵引下继续运动，直至所述力控牵引的过程结束。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时计算目标机器人的可操作性指标包括：根据可操作性指标计算算式计算所述可操作性指标，其中，W表示所述可操作性指标，J表示雅克比矩阵，且为关节位置的函数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述可操作性指标确定所述目标机器人是否接近奇异位形包括：判断所述可操作性指标是否小于预设可操作性指标阈值；如果所述可操作性指标小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人接近所述奇异位形；如果所述可操作性指标不小于所述预设可操作性指标阈值，则确定所述目标机器人未接近所述奇异位形。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述可操作性指标计算约束力包括：计算添加预设速度后的新的关节位置，其中，所述预设速度为笛卡尔坐标系中的速度；基于所述新的关节位置计算新的可操作性指标；结合所述新的可操作性指标和所述可操作性指标计算可操作性指标的梯度；根据所述可操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琰，刘一帆，刘雪梅，汪宇星，张一楠，李法设，
申请(专利权)人：中科新松有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31