【技术实现步骤摘要】
一种机器人自适应交互阻抗学习方法
本专利技术属于机器人交互作用力控制领域,涉及一种机器人自适应交互阻抗学习方法。
技术介绍
阻抗控制作为机器人实现交互作用力控制的一种有效方法,往往须给出期望阻抗参数,进而设计阻抗控制器,控制机器人实现预期的交互作用力。然而,由于外界环境的未知性和不确定性,通常需要引入迭代学习策略,实现对环境中的阻尼和前馈力等非线性因素的自适应。当前绝大多数研究假设阻抗参数随时间呈现周期性变化,基于此设计阻抗学习控制器。然而,在精密装配、插拔接插件等典型交互任务中,机器人末端工具和环境的阻尼、表面粗糙度、弹性模量等物理参数与其相对位置有关,而非呈现时域内的周期性变化的特点,如果仍然采用这种基于时间周期性的阻抗学习机制,由于交互作用力变化导致的运动速度变化,将无法准确反映阻抗参数随空间位置变化的特点。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提出机器人自适应交互阻抗学习算法,准确反映了阻抗参数随空间位置变化的特点。本专利技术解决技术的方案是:一种机器人自适应交互阻抗学习方法,包括如下步骤:步骤一、建立机器人自适应交互阻抗系统,包括机器人销和力学孔;力学孔为轴向水平放置的柱形通孔结构;力学孔的尺寸与机器人销对应;机器人销设置在力学孔中,且机器人销的外壁与力学孔内壁接触;机器人销沿力学孔的轴向实现移动。一种机器人自适应交互阻抗学习方法,包括如下步骤:步骤二、测量交互阻抗学习模型的各参数,包括机器人销的质量m、机器人销的驱动力f ...
【技术保护点】
1.一种机器人自适应交互阻抗学习方法,其特征在于:包括如下步骤:/n步骤一、建立机器人自适应交互阻抗系统,包括机器人销(1)和力学孔(2);力学孔(2)为轴向水平放置的柱形通孔结构;力学孔(2)的尺寸与机器人销(1)对应;机器人销(1)设置在力学孔(2)中,且机器人销(1)的外壁与力学孔(2)内壁接触;机器人销(1)沿力学孔(2)的轴向实现移动;/n步骤二、测量交互阻抗学习模型的各参数,包括机器人销(1)的质量m、机器人销(1)的驱动力f
【技术特征摘要】
1.一种机器人自适应交互阻抗学习方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、建立机器人自适应交互阻抗系统,包括机器人销(1)和力学孔(2);力学孔(2)为轴向水平放置的柱形通孔结构;力学孔(2)的尺寸与机器人销(1)对应;机器人销(1)设置在力学孔(2)中,且机器人销(1)的外壁与力学孔(2)内壁接触;机器人销(1)沿力学孔(2)的轴向实现移动;
步骤二、测量交互阻抗学习模型的各参数,包括机器人销(1)的质量m、机器人销(1)的驱动力fu、机器人销(1)的环境运动阻力fe、机器人销(1)沿轴向向力学孔(2)孔底的移动距离x;
步骤三、建立机器人销(1)与力学孔(2)的装配力学公式:
式中,为对机器人销(1)沿轴向向力学孔(2)孔底的移动距离x的二次求导;
步骤四、设定机器人销(1)的跟踪参考轨迹的驱动力为fr,设定用于补偿环境和机器人之间其余交互力的自适应驱动力为fa;建立机器人销(1)驱动力fu的计算方程;
步骤五、设定力学孔(2)的孔深为L;将机器人销(1)反复伸入力学孔(2)底部N次;计算机器人销(1)的累计移动距离l;
步骤六、设定机器人销(1)每次伸入力学孔(2)的速度跟踪误差为εi;其中,i为机器人销(1)伸入力学孔(2)的次数;1≤i≤N;则自适应驱动力fa为:
式中,ka为自适应力阻尼系数,即ka=kd;kd为未知阻尼系数,取决于销子和孔的材料、表面粗糙度及润滑条件等因素;
为对机器人销(1)沿轴向向力学孔(2)孔底的移动距离x的一次求导;
步骤七、设定位置跟踪误差为e,e=x-xr,其中,xr为参考轨迹;速度跟踪误差为其中,为参考速度;则机器人销(1)的跟踪参考轨迹的驱动力fr为:
式中,α为比例系数,为正值;
β为微分反馈增益系数,为正值;
则机器人销(1)的环境运动阻力fe为:
式中,kd为未知阻尼系数,取决于销子和孔的材料、表面粗糙度及润滑条件等因素;更新装配力学公式为:
步骤八、对公式(1)进行降阶处理,得到:
设定微分算子即
由公式(2)的第二项获得空间域内的等效动力学模型为:
设置转换参量z,z=y,将转换参量z代入公式(3)中:
式中,a(x)为未知系数矢量,以x为周期且是有界的,
aT(x)为未知系数矢量a(x)的转置;
ζ0(z)为已知矢量且对x、z连续可导,
b(x)是未知有界,且以x为周期的函数,函数值为正数,
ρ(z)为与z相关的自适应驱动力系数,
由于根据公式(3),推导出的表达式:
式中,v(z,zr)为自定义状态转化函数;
步骤九、通过Lyapunov-Krasovskii函数推导出自适应力阻尼系数ka与轴向移动距离x间的关系如下:
式中,γ为反馈增益常数;
η(x)为反馈增益,η=ce;c为1×n常数向量,c=[c1,.....
【专利技术属性】
技术研发人员:周晓东,张强,李晓辉,张述卿,文闻,赵靖超,刘维惠,
申请(专利权)人:北京控制工程研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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