机器人运动控制方法、装置和机器人制造方法及图纸

本申请实施例提供一种机器人运动控制方法、装置和机器人，该方法包括：根据任务轨迹信息和机器人实时反馈的关节角相关信息计算对应控制周期的期望运动状态信息；利用各个关节角求解对应控制周期的虚拟斥力并根据虚拟斥力计算避限位角相关信息；基于对应控制周期的期望运动状态信息和避限位角相关信息对优化模型求解，得到满足关节平滑避限位且用于执行任务的最优关节角加速度或角速度以用于在对应控制周期控制该机器人运动。本申请可根据每个控制周期的机器人状态，平滑地产生远离关节限位的行为，无需预先规划避撞轨迹，并在自由度满足的情况下，仍能保证规划任务的顺利执行，使得机器人安全稳定地运行。

【技术实现步骤摘要】
机器人运动控制方法、装置和机器人
本申请涉及机器人控制
，尤其涉及一种机器人运动控制方法、装置和机器人。
技术介绍
随着机器人技术的发展，机器人正逐渐从结构化的环境中走出来，走进动态多变的非结构化环境中。在机器人执行多种复杂任务(机械臂运动跟随、足式机器人质心动量控制等)以及受到各种外界干扰(躲避障碍物撞击、柔顺响应外力拖拽等)时，均有可能产生关节超限位的问题。为此，在机器人在执行任务过程中，如何保证当关节角度接近关节限位时，能够平稳地远离关节限位，是实现机器人在非结构化环境中安全稳定运行的关键。
技术实现思路
本申请实施例提供一种机器人运动控制方法、装置和机器人，可以实现平稳地远离关节限位，且在自由度足够的情况下，仍保证原有任务能够顺利执行，从而使机器人安全稳定地运行。本申请的实施例提供一种机器人运动控制方法，包括：根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，所述关节角相关信息包括各个关节角；r>基于反馈的各个关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人运动控制方法，其特征在于，包括：/n根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，所述关节角相关信息包括各个关节角；/n基于反馈的各个关节角求解对应控制周期的各个关节远离限位的虚拟斥力，并根据所述虚拟斥力计算各个关节的避限位角相关信息；/n基于对应控制周期的所述期望运动状态信息和所述避限位角相关信息对关节平滑避限位优化模型进行最优求解，以得到满足关节平滑避限位且用于执行任务的关节角加速度或关节角速度；/n利用所述关节角加速度或关节角速度生成对应控制周期的关节控制指令，各个控制周期的所述关节控制指令...

【技术特征摘要】
1.一种机器人运动控制方法，其特征在于，包括：
根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，所述关节角相关信息包括各个关节角；
基于反馈的各个关节角求解对应控制周期的各个关节远离限位的虚拟斥力，并根据所述虚拟斥力计算各个关节的避限位角相关信息；
基于对应控制周期的所述期望运动状态信息和所述避限位角相关信息对关节平滑避限位优化模型进行最优求解，以得到满足关节平滑避限位且用于执行任务的关节角加速度或关节角速度；
利用所述关节角加速度或关节角速度生成对应控制周期的关节控制指令，各个控制周期的所述关节控制指令用于控制该机器人运动以完成所述规划的任务。


2.根据权利要求1所述的机器人运动控制方法，其特征在于，所述根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，包括：
根据规划的任务轨迹信息获得机器人在对应控制周期的任务空间的参考运动状态信息；
获取机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息，并根据所述关节角相关信息计算机器人各个关节在任务空间的实际运动状态信息；
根据在任务空间的所述参考运动状态信息和所述实际运动状态信息基于预设关节控制律计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息。


3.根据权利要求1所述的机器人运动控制方法，其特征在于，所述虚拟斥力的表达式基于关节的关节角和关节限位角范围预先构建，包括：
根据关节限位角范围确定所述关节的角度安全变化的上边界和下边界，以得到所述关节的角度安全范围；
当实际反馈的关节角位于所述关节的角度安全范围内，则所述虚拟斥力为0；当实际反馈的关节角位于所述关节的角度安全范围外，则在所述关节角越接近所述关节限位角范围的上限或下限的情况下，所述虚拟斥力越大且方向远离关节限位方向。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人运动控制方法，其特征在于，所述避限位角相关信息包括关节的避限位角，所述关节的避限位角与虚拟斥力的关系式基于关节导纳控制构建，所述关系式如下：



其中，ΔqJAL表示关节的避限位角；τJAL表示虚拟斥力；Mq、D和K分别为基于关节导纳控制的虚拟惯量矩阵、虚拟阻尼矩阵和虚拟刚度矩阵；s表示微分算子。


5.根据权利要求3所述的机器人运动控制方法，其特征在于，所述关节平滑避限位优化模型经过预先构建，包括：
构建关节的关节角相关信息到期望运动状态信息的映射方程；
基于关节的避限位角相关信息构建关节角速度或关节角加速度变化的表达式；
基于所述映射方程和所述关节角速度或关节角加速度变化的表达式的联立方程构建平滑避限位优化模型，其中，所述平滑避限位优化模型的优化变量与关节角速度或关节角加速度相关，基于该机器人执行任务过程中需满足的等式约束和/或不等式约束构建所述平滑避限位优化模型的约束条件。


6.根据权利要求5所述的机器人运动控制方法，其特征在于，所述基于关节的避限位角相关信息构建关节角速度或关节角加速度变化的表达式，包括：
基于关节的所述角度安全范围构建与关节角相关的激活因子的函数表达式，所述函数表达式用于求解所述关节在对应控制周期的激活因子；
以所述激活因子为对角元构建用于反映关节角动态变化的投影矩阵；
根据所述避限位角相关信息和所述投影矩阵构建关节角速度或关节角加速度变化的表达式。


7.根据权利要求6所述的机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩刚，赵明国，熊友军，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44