吸附机器人的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附机器人的控制方法，包括：根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。本发明专利技术的吸附机器人的控制方法，控制方式简单，运行稳定。

【技术实现步骤摘要】
吸附机器人的控制方法
本专利技术属于机器人控制
，更具体地，涉及一种吸附机器人的控制方法。
技术介绍
在工业现场，机器人正在得到日益广泛的应用，目前工业现场的应用多是机械臂。但是，机械臂使用限制较多，在特种加工、巡检作业等多个场合的使用，均会有不便之处。针对机械臂的贵轨迹规划方法，也多采用示教编程，自动化程度低，柔性差，对操作人员要求搞，编程质量受操作影响大。而移动吸附机器人，如申请号为201910431640.0中所述的吸附加工机器人，由于其活动方式较为灵活，能够吸附于待加工工件，进而能够更便利地对整个工件进行作业，能够应用于更多场景。针对移动吸附机器人的轨迹规划方法，多采用遥控的方式，对人员操作依赖大，自动化程度极低，大大限制了移动吸附机器人的应用。并且，目前工业上采用的吸附机器人，其吸附力多采用恒力控制，为了保证极端工况的稳定性，其吸附量冗余度较大，对行驶作业造成了很大的压力。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种吸附机器人的控制方法，其目的在于至少部分地解决目前吸附机器人有赖于人力控制、工况稳定性差的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种吸附机器人的控制方法，包括：根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。>优选地，所述吸附机器人包括产生吸附力的至少一个吸附腔以及与被吸附面接触的至少一个驱动轮；所述受力条件中的力学矢量包括：所述驱动轮的驱动力矢量、所述被吸附面对各所述驱动轮提供的支撑力矢量、所述吸附机器人的重力矢量、各所述吸附腔的吸附力矢量以及各所述吸附腔所产生的吸附阻力矢量。优选地，所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行，进一步包括：由所述吸附力矢量和所述吸附力阻力矢量分别关于所述吸附腔的真空度的函数关系，以及所述重力矢量，对所述力学平衡模型进行矢量运算，将所述力学平衡模型转化为关于所述真空度的函数模型；调节所述真空度，使所述函数模型满足力学平衡条件，实现实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。优选地，对所述预设运行轨迹的任一点，建立关于所述吸附机器人的相对坐标系；提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量；根据所述法矢量与水平面之间的夹角以及所述相对坐标系与竖直平面之间的夹角，通过重力矢量变换矩阵，将所述吸附机器人在世界坐标系下的第一重力矢量转换为所述相对坐标系下的第二重力矢量，所述第二重力矢量为所述吸附机器人用于矢量运算的所述重力矢量。优选地，所述提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：根据所述吸附机器人在所述预设运行轨迹所对应的任一位置点时的预设位姿信息，在所述相对坐标系下获取所述法矢量。优选地，所述提取所述吸附机器人的预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：实时监测所述吸附机器人的位姿信息，以获取所述法矢量。优选地，所述力学平衡模型包括力平衡模型和力矩平衡模型；所述力平衡模型表述如下：所述力矩平衡模型表述如下：其中，n为自然数，rw1、rwi分别为吸附机器人质心到第一驱动轮和第i个驱动轮与被吸附面接触点之间的距离矢量，rs1、rsj分别为吸附机器人质心到第一吸附腔和第j个吸附腔中心点之间的距离矢量，Nwi为被吸附面对第i个驱动轮提供的支撑力矢量，Fsj为第j个吸附腔产生的吸附力矢量，Fw为各驱动轮产生的驱动力以使吸附机器人沿其行进方向的驱动力合力矢量，Fr为各吸附腔吸附于被吸附面上时所产生的吸附阻力合力矢量，G2为重力矢量。优选地，所述控制方法还包括：在所述吸附机器人稳定运行的状态下，根据所述吸附机器人的所述驱动力矢量和所述支撑力矢量的变化量，建立关于所述吸附机器人稳定运行的约束方程；调节所述吸附力的大小，使得所述驱动力矢量和所述支撑力矢量满足所述约束方程。优选地，所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，进一步包括：当所述吸附腔有多个时，建立关于多个所述吸附腔的真空度变化的目标函数；对所述目标函数进行最小化计算，获取满足所述吸附机器人稳定运行的最小吸附力。优选地，所述目标函数为：其中，n≥2，且为正整数，Vmin为吸附机器人稳定运行所需形成的真空度最小值，Vi为吸附机器人的第i个吸附腔对应的真空度。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下优势：1、通过对吸附机器人沿预设运行轨迹运行时的受力条件建立关于吸附机器人的力学平衡模型，并根据力学平衡模型对吸附机器人的吸附力进行自动实时调节，既能够使吸附机器人在运行过程中始终稳定运行，又能够增强吸附机器人运行的灵活性，并能够降低功耗。2、由五个力学矢量建立力学平衡模型，将各矢量均统一到同一个坐标系中进行计算，并通过对力平衡和力矩平衡方程进行矢量运算，即能够实现快速调节吸附力，以使吸附机器人沿其预设运行轨迹稳定运行，建模、计算方式，以及控制方式均简单、可靠。3、通过建立约束方程，以对吸附机器人的支撑力矢量和驱动力矢量的进一步限定，吸附机器人在保证稳定运行的基础上，能够更进一步降低能耗，保证运行的可靠性。4、通过建立关于各吸附腔真空度的目标函数，并通过对目标函数最小化计算，能够进一步优化吸附力调节效率，降低吸附机器人运行功耗。附图说明图1是本专利技术实施例中一种吸附机器人的控制方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种吸附机器人的控制方法，其包括：根据吸附机器人的受力条件，由受力条件中的力学矢量，建立关于吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；根据力学平衡模型，以及吸附机器人的运行状态，调整吸附机器人的吸附力大小，以使吸附机器人稳定运行。吸附机器人的具体结构可不作限定，只要其能够满足产生吸附力，以使得其能够在被吸附表面稳定运行即可。通常来说，吸附机器人包括驱动装置、吸附腔和驱动轮。吸附腔用于结合抽真空器件以产生吸附力，当吸附腔产生吸附力，吸附腔的底部可贴附到被吸附面上，以供吸附机器人定位在特定位置或位姿，或在特定条件下运行。其中，被吸附面为吸附机器人运行过程中的接触面，例如，地面、待作业器件的表面等。在吸附机器人的驱动装置驱动的条件下，驱动轮沿被吸附面运行，以实现吸附机器人的运动。驱动轮至少有一个，通常有多个，本申请中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附机器人的控制方法，其特征在于，包括：/n根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；/n根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附机器人的控制方法，其特征在于，包括：
根据所述吸附机器人的受力条件，由所述受力条件中的力学矢量，建立关于所述吸附机器人沿预设运行轨迹运行的力学平衡模型；
根据所述力学平衡模型，以及所述吸附机器人的运行状态，实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。


2.如权利要求1所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述吸附机器人包括产生吸附力的至少一个吸附腔以及与被吸附面接触的至少一个驱动轮；
所述受力条件中的力学矢量包括：
所述驱动轮的驱动力矢量、所述被吸附面对各所述驱动轮提供的支撑力矢量、所述吸附机器人的重力矢量、各所述吸附腔的吸附力矢量以及各所述吸附腔所产生的吸附阻力矢量。


3.如权利要求2所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，
所述实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行，进一步包括：
由所述吸附力矢量和所述吸附力阻力矢量分别关于所述吸附腔的真空度的函数关系，以及所述重力矢量，对所述力学平衡模型进行矢量运算，将所述力学平衡模型转化为关于所述真空度的函数模型；
调节所述真空度，使所述函数模型满足力学平衡条件，实现实时调节所述吸附机器人的吸附力大小，以使所述吸附机器人稳定运行。


4.如权利要求3所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，
对所述预设运行轨迹的任一点，建立关于所述吸附机器人的相对坐标系；
提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量；
根据所述法矢量与水平面之间的夹角以及所述相对坐标系与竖直平面之间的夹角，通过重力矢量变换矩阵，将所述吸附机器人在世界坐标系下的第一重力矢量转换为所述相对坐标系下的第二重力矢量，所述第二重力矢量为所述吸附机器人用于矢量运算的所述重力矢量。


5.如权利要求4所述的吸附机器人的控制方法，其特征在于，所述提取所述预设运行轨迹上任一点的法矢量进一步包括：
根据所述吸附机器人在所述预设运行轨迹所对应的任一位置点时的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶波，石颖，龚泽宇，李可怡，顾振峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42