用于机器人的变导纳控制方法以及系统技术方案

一种用于机器人的变导纳控制方法以及系统，所述变导纳控制方法包括如下步骤：检测施加在所述机器人上的操作力；利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚拟阻尼以及预设虚拟质量；判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则根据第一虚拟阻尼以及第一虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第一期望速度，其中，所述第一虚拟阻尼小于所述预设虚拟阻尼，所述第一虚拟质量小于所述预设虚拟质量。由此，通过变导纳的柔顺控制方式使得人机交互型机器人能够快速灵敏的响应操作者的意图，提高操作者的沉浸感与真实感。

Variable Admittance Control Method and System for Robot

A variable admittance control method and system for a robot includes the following steps: detecting the operating force applied on the robot; calculating the desired acceleration of the robot by using the operating force and preset admittance parameters, which include preset virtual damping and preset virtual mass; and judging the expected acceleration and preset virtual mass. The current running speed of the robot has the same direction; if the judgment result is yes, the current running speed of the robot is adjusted according to the first virtual damping and the first virtual mass to enable the robot to have the first desired speed, in which the first virtual damping is less than the preset virtual damping and the first virtual mass is less than the preset virtual damping. Virtual quality. Thus, the flexible control mode of variable admittance enables the interactive robot to respond quickly and sensitively to the operator's intentions and improve the operator's immersion and reality.

【技术实现步骤摘要】
用于机器人的变导纳控制方法以及系统
本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种用于机器人的变导纳控制方法以及系统。
技术介绍
随着科学技术的进步和机器人辅助制造的商业化普及，操作者与机器人之间的物理人机协同交互方式逐渐被人们重视，并不断开发出各种人机交互型机器人。现有技术中的人机交互型机器人的控制方式主要包括阻抗控制方式和导纳控制方式。其中，阻抗控制方式是指输入位移而输出力的控制方式，通常只适合于刚性环境(例如：打磨抛光、货物取放等)下操作者与机器人的动态交互，却很难满足柔性环境(例如：医疗手术、精细雕刻等)对精准度的要求。导纳控制方式是输入力而输出速度的控制方式，比较多的用于柔性环境中，但是，在复杂多变的柔性应用环境中，很难控制机器人快速灵敏的响应操作者的操作意图，导致机器人的动作反映缓慢，另外，当操作者出现失误和抖动时，现有的导纳控制方式并不能及时响应并修正操作者的失误和抖动，甚至会导致失误被连续放大，造成最终的操作结果出现很大误差，严重影响了操作精度以及操作者的使用体验。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的人机交互型机器人不能快速灵敏的响应操作者意图的缺陷，提供一种用于机器人的变导纳控制方法以及系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种用于机器人的变导纳控制方法，所述变导纳控制方法包括如下步骤：检测施加在所述机器人上的操作力；利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚拟阻尼以及预设虚拟质量；判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则根据第一虚拟阻尼以及第一虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第一期望速度，其中，所述第一虚拟阻尼小于所述预设虚拟阻尼，所述第一虚拟质量小于所述预设虚拟质量。较佳地，所述变导纳控制方法还包括如下步骤：判断所述第一期望速度是否大于第一预设速度饱和值；若判断结果为是，则控制所述机器人停止运动若判断结果为否，则控制所述机器人的所述当前运行速度改变为所述第一期望速度。较佳地，利用如下公式计算得到所述第一虚拟阻尼：利用如下公式计算得到所述第一虚拟质量：其中，cv1为所述第一虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmin预设的最小虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv1为所述第一虚拟质量。较佳地，所述变导纳控制方法还包括如下步骤：若判断结果为否，则根据第二虚拟阻尼以及第二虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第二期望速度，其中，所述第二虚拟阻尼大于所述预设虚拟阻尼，所述第二虚拟质量小于预设虚拟质量。较佳地，利用如下公式计算得到所述第二虚拟阻尼：利用如下公式计算得到所述第二虚拟质量：其中，cv2为所述第二虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmax为预设的最大虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv2为所述第二虚拟质量，β为动态性能参数，γ为平滑度参数，0<β<1，0<γ<1。较佳地，所述利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度的步骤具体包括：根据零阶保持计算得到所述操作力对应的期望速度，计算公式为：根据所述期望速度计算得到所述期望加速度，计算公式为：其中，k为采样时刻，fh(k)为k时刻的操作力，为期望速度，为期望加速度，Ts为采样时间，为所述机器人的当前运行速度；cf为所述预设虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量。本专利技术还提供了一种用于机器人的变导纳控制系统，所述变导纳控制系统包括：操作力检测模块，用于检测施加在所述机器人上的操作力；计算模块，利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚拟阻尼以及预设虚拟质量；第一判断模块，用于判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则调用第一速度调整模块，所述第一速度调整模块用于根据第一虚拟阻尼以及第一虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第一期望速度，其中，所述第一虚拟阻尼小于所述预设虚拟阻尼，所述第一虚拟质量小于所述预设虚拟质量。较佳地，所述变导纳控制系统还包括：第二判断模块，用于判断所述第一期望速度是否大于第一预设速度饱和值；若判断结果为是，则调用第一控制模块，所述第一控制模块用于控制所述机器人停止运动；若判断结果为否，则调用第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述机器人的所述当前运行速度改变为所述第一期望速度。较佳地，所述第一速度调整模块包括第一虚拟阻尼计算子模块以及第一虚拟质量计算子模块；所述第一虚拟阻尼计算子模块用于利用如下公式计算得到所述第一虚拟阻尼：所述第一虚拟质量计算子模块用于利用如下公式计算得到所述第一虚拟质量：其中，cv1为所述第一虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmin预设的最小虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv1为所述第一虚拟质量。较佳地，所述变导纳控制系统还包括第二速度调整模块；当所述第一判断模块的判断结果为否时，所述第二速度调整模块根据第二虚拟阻尼以及第二虚拟质量调整机器人的运行速度，以使所述机器人具有第二期望速度，其中，所述第二虚拟阻尼大于所述预设虚拟阻尼，所述第二虚拟质量小于预设虚拟质量。较佳地，所述第二速度调整模块包括第二虚拟阻尼计算子模块以及第二虚拟质量计算子模块；所述第二虚拟阻尼计算子模块用于利用如下公式计算得到所述第二虚拟阻尼：所述第二虚拟质量计算子模块用于利用如下公式计算得到所述第二虚拟质量：其中，cv2为所述第二虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmax为预设的最大虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv2为所述第二虚拟质量，β为动态性能参数，γ为平滑度参数，0<β<1，0<γ<1。较佳地，所述计算模块用于根据零阶保持计算得到所述操作力对应的期望速度，计算公式为：所述计算模块还用于根据所述期望速度计算得到所述期望加速度，计算公式为：其中，k为采样时刻，fh(k)为k时刻的操作力，为期望速度，为期望加速度，Ts采样时间，为所述机器人的当前运行速度；cf为所述预设虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供的用于机器人的变导纳控制方法以及系统通过检测施加在所述机器人上的操作力，继而利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，接下来，通过判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则通过及时调整阻尼参数使机器人实现加速操作。由此，通过变导纳的柔顺控制方式使得人机交互型机器人能够快速灵敏的响应操作者的意图，提高操作者的沉浸感与真实感。附图说明图1是本专利技术实施例1的用于机器人的变导纳控制方法的流程图。图2是本专利技术实施例2的用于机器人的变导纳控制方法的流程图。图3是本专利技术实施例3的用于机器人的变导纳控制系统的结构框图。图4是本专利技术实施例4的用于机器人的变导纳控制系统的结构框图。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，所述变导纳控制方法包括如下步骤：检测施加在所述机器人上的操作力；利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚拟阻尼以及预设虚拟质量；判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则根据第一虚拟阻尼以及第一虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第一期望速度，其中，所述第一虚拟阻尼小于所述预设虚拟阻尼，所述第一虚拟质量小于所述预设虚拟质量。

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，所述变导纳控制方法包括如下步骤：检测施加在所述机器人上的操作力；利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚拟阻尼以及预设虚拟质量；判断所述期望加速度与所述机器人的当前运行速度是否具有相同的方向；若判断结果为是，则根据第一虚拟阻尼以及第一虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第一期望速度，其中，所述第一虚拟阻尼小于所述预设虚拟阻尼，所述第一虚拟质量小于所述预设虚拟质量。2.如权利要求1所述的用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，所述变导纳控制方法还包括如下步骤：判断所述第一期望速度是否大于第一预设速度饱和值；若判断结果为是，则控制所述机器人停止运动；若判断结果为否，则控制所述机器人的所述当前运行速度改变为所述第一期望速度。3.如权利要求1或2所述的用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，利用如下公式计算得到所述第一虚拟阻尼：利用如下公式计算得到所述第一虚拟质量：其中，cv1为所述第一虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmin预设的最小虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv1为所述第一虚拟质量。4.如权利要求1所述的用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，所述变导纳控制方法还包括如下步骤：若判断结果为否，则根据第二虚拟阻尼以及第二虚拟质量调整所述机器人的所述当前运行速度，以使所述机器人具有第二期望速度，其中，所述第二虚拟阻尼大于所述预设虚拟阻尼，所述第二虚拟质量小于预设虚拟质量。5.如权利要求4所述的用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，利用如下公式计算得到所述第二虚拟阻尼：利用如下公式计算得到所述第二虚拟质量：其中，cv2为所述第二虚拟阻尼，cf为所述预设虚拟阻尼，cmax为预设的最大虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量，为所述期望加速度，为预设的最大加速度，mv2为所述第二虚拟质量，β为动态性能参数，γ为平滑度参数，0<β<1，0<γ<1。6.如权利要求1所述的用于机器人的变导纳控制方法，其特征在于，所述利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度的步骤具体包括：根据零阶保持计算得到所述操作力对应的期望速度，计算公式为：根据所述期望速度计算得到所述期望加速度，计算公式为：其中，k为采样时刻，fh(k)为k时刻的操作力，为期望速度，为期望加速度，Ts为采样时间，为所述机器人的当前运行速度；cf为所述预设虚拟阻尼；mf为所述预设虚拟质量。7.一种用于机器人的变导纳控制系统，其特征在于，所述变导纳控制系统包括：操作力检测模块，用于检测施加在所述机器人上的操作力；计算模块，利用所述操作力以及预设导纳参数计算所述机器人的期望加速度，所述预设导纳参数包括预设虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朝政，严日明，叶震，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31