一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法技术

本发明专利技术属于工业机器人控制领域，具体提供了一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法，旨在解决机械臂与环境的接触过程中，机械臂与环境之间接触力的柔顺控制问题。在设计的柔顺机构‑串联弹性执行的基础上，首先，设定期望的接触力；其次，通过自复位线性位移传感器间接采集接触过程中的实际接触力；然后，将期望的接触力与实际的接触力做比较后，经过PD控制器得出位移偏差量；最后，结合读取的电机实际位置，以及重力的前馈补偿，控制电机下一步到达的位置，使得弹簧压缩量保持恒定值，进而实现恒力控制。本方法无需使用昂贵的力传感器即可实现对机械臂末端接触力的控制，使得运用工业机器人进行加工工件时，变得更为简单、方便，同时力控制精度更高，大大降低企业的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法
本专利技术涉及一种机械臂接触力控制方法。
技术介绍
虽然工业机器人的使用越来越广泛，但是在某些需要机器人与环境相互接触的场合，比如，工业机器人抛光打磨的接触力控制，仅仅依靠单一的位置控制是无法实现接触力的控制的。并且，随着人们的要求越来越高，对精加工控制要求也相应提高。近年来，随着机器人柔顺控制技术的不断发展，将柔顺控制应用于机器人控制系统中，使得机器人向智能化方向迈了一大步。当前，柔顺控制分为主动柔顺和被动柔顺两种。机器人凭借一些辅助的柔顺机构，使其在与环境接触时能够对外部作用力产生自然顺从，称为被动柔顺；机器人利用力的反馈信息采用一定的控制策略去主动控制作用力，称为主动柔顺。在工业机器人的工作过程中需要与环境接触，机械臂与环境直接的接触力太大会造成对环境的伤害，接触力太小又达不到要求，对于一些高精度要求的加工工件，需要更高精度的控制策略。因此，将柔顺控制应用在机械臂中，来实现接触力的恒力控制。但是在很多论文中只考虑了用弹簧力作为输出接触力，而忽略了重力对弹簧的影响，因此，本人提出一种串联弹性执行器的重力补偿方法，来提高力控制精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法，包括如下步骤：Step1：设定期望的接触力Fd；Step2：获取接触过程中的实际接触力Fs；Step3：串联弹性执行器开环传递函数为

【技术特征摘要】
1.一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法，包括如下步骤：Step1：设定期望的接触力Fd；Step2：获取接触过程中的实际接触力Fs；Step3：串联弹性执行器开环传递函数为通过对速度环化简，kvp＝Jmωsc，kvi＝Bmωsc，单轴伺服机电一体化简化模型为简化后系统的闭环传递函数模型为其中，Jm为电机转动惯量，Bm为电机阻尼系数，ks为弹簧的弹性系数，N为电机旋转运动转换成直线位移的转换系数，kpp为位置环的比例系数，ωsc为速度环的截止频率，kvp为速度环的比例参数，kvi为速度环的积分参数，kp为力控制器的比例系数，kd为力控制器的微分系数；Step4：确定串联弹性执行器重力的大小mg，同时算出不同姿态下重力与接触力方向之间夹角α的余弦值cosα；得出估计重力补偿量为其中m为串联弹性执行器的质量，g为重力加速度；Step5：设计PD力控制器，其传递函数为C(s)＝kp+kds；Step6：将步骤Step1中的期望接触力Fd和步骤Step2中的实际接触力Fs作比较后，输出给步骤Step5中的PD控制器，得出位移增量Yout＝(kp+kds)(Fd-Fs)，s为拉氏变换复变量算子；Step7：获取电机的当前实际位置p；Step8：将步骤Step7中的位移增量Yout与步骤Step8中的电机实际位置p以及估计重力的补偿量相加，作为输出信号输出信号μ1给电机，从而控制电机下一步到达的位置，使得弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建明，张婷，董建伟，何德峰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33