直接力反馈控制方法、装置、控制器和机器人制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种直接力反馈控制方法、装置、控制器和机器人，该方法应用于机械臂，该方法包括：获取机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度和所受实际外力；根据获取的实际位置、实际速度、实际外力和机械臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度计算末端在笛卡尔空间的阻抗控制分量；根据末端的期望交互力、实际外力和实际速度计算末端在笛卡尔空间的力控制分量；判断该实际外力是否大于预设阈值，若大于，则将该力控制分量与阻抗控制分量进行叠加，得到末端在笛卡尔空间的总力控制量。本发明专利技术的技术方案同时考虑了阻抗控制和直接力反馈闭环，在保证安全接触的情况下，能够实现更加精确的末端力控制，且接触过程中控制更加柔顺等。制更加柔顺等。制更加柔顺等。

【技术实现步骤摘要】
直接力反馈控制方法、装置、控制器和机器人


[0001]本专利技术涉及机器人控制
，尤其涉及一种直接力反馈控制方法、 装置、控制器和机器人。

技术介绍

[0002]对机器人通常有两种控制方式，分别是直接力反馈控制方式和间接力 反馈控制方式，其中，直接力反馈控制方式是指将反馈的力或力矩作为力 控指令进行关节控制；而间接力控制方式通常是指将反馈的力或力矩转换 为相应的位置指令进行关节控制。利用直接力反馈控制可以实现一些对于 力控制有较高精度要求的场合，例如，在工业领域中对零件的打磨、擦洗 以及服务领域中进行按摩等。
[0003]然而，传统的直接力反馈控制器在实际应用过程中，当机器人从与环 境接触到非接触，或者从与环境非接触到接触的过程中，由于力反馈控制 器的快速响应往往会产生快速超过机器人关节限位，或者与环境接触时出 现力过大而导致对机器人或者环境造成破坏。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种直 接力反馈控制方法、装置、控制器和机器人。
[0005]本专利技术的一实施例提供一种直接力反馈控制方法，应用于机械臂控制， 所述方法包括：
[0006]获取机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度和所受实际外力；
[0007]根据获取的所述实际位置、所述实际速度、所述实际外力和所述机械 臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度计算所述机械臂末端在笛卡尔 空间的阻抗控制分量；
[0008]根据所述机械臂末端受到的期望交互力、所述实际外力和所述实际速 度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的力控制分量；
[0009]判断所述实际外力是否大于预设阈值，若大于，则将所述力控制分量 与所述阻抗控制分量进行叠加，得到所述机械臂末端在笛卡尔空间的总力 控制量。
[0010]在一些实施例中，上述的直接力反馈控制方法还包括：
[0011]若所述实际外力小于所述预设阈值，则将预设力控制分量与所述阻抗 控制分量进行叠加，得到所述机械臂末端在笛卡尔空间的总力控制量。
[0012]在一些实施例中，所述机械臂末端设有力传感器，所述获取机械臂末 端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度和所受实际外力包括：
[0013]根据获取的所述机械臂在关节空间的关节角位移和关节角速度通过正 运动学函数计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置和实际速度；
[0014]读取由所述力传感器测量得到所述机械臂末端在笛卡尔空间所受的实 际外力。
[0015]在一些实施例中，所述根据获取的所述实际位置、所述实际速度、所 述实际外力
和所述机械臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度计算所 述机械臂末端在笛卡尔空间的阻抗控制分量包括：
[0016]通过力选择矩阵对所述实际位置、所述实际速度、所述实际外力以及 所述机械臂末端在笛卡尔空间的期望位置、期望速度和期望加速度进行任 务子空间投影，以得到在所述任务子空间中各自对应的投影；
[0017]计算所述实际位置的投影与所述期望位置的投影之间的位置偏差，以 及所述实际速度的投影与所述期望速度的投影之间的速度偏差；
[0018]根据所述位置偏差、所述速度偏差和所述实际外力的投影基于弹簧-质 量-阻尼模型计算阻抗控制量，并根据所述阻抗控制量和所述期望加速度的 投影计算在所述任务子空间的加速度控制量；
[0019]将所述加速度控制量由所述任务子空间映射至所述笛卡尔空间后利用 雅克比矩阵计算对应的阻抗控制分量。
[0020]在一些实施例中，所述根据所述机械臂末端受到的期望交互力、所述 实际外力和所述实际速度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的力控制分量 包括：
[0021]通过力选择矩阵对所述实际外力、所述实际速度和所述机械臂末端在 笛卡尔空间的期望交互力进行任务子空间投影，以得到在所述任务子空间 中各自对应的投影；
[0022]计算所述实际外力的投影与所述期望交互力的投影之间的力偏差，并 根据所述力偏差经过比例-积分运算后叠加由所述实际速度的投影得到的速 度阻尼量，以得到在所述任务子空间的力控制量；
[0023]将所述力控制量由所述任务子空间映射至所述笛卡尔空间后利用雅克 比矩阵计算对应的力控制分量。
[0024]在一些实施例中，所述预设力控制分量为0。
[0025]本专利技术的一实施例还提供一种直接力反馈控制装置，应用于机械臂控 制，所述装置包括：
[0026]获取模块，用于获取机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度 和所受实际外力；
[0027]阻抗控制分量计算模块，用于根据获取的所述实际位置、所述实际速 度、所述实际外力和所述机械臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度 计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的阻抗控制分量；
[0028]力控制分量计算模块，用于根据所述机械臂末端受到的期望交互力、 所述实际外力和所述实际速度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的力控制 分量；
[0029]力控制总量输出模块，用于判断所述实际外力是否大于预设阈值，若 大于，则将所述力控制分量与所述阻抗控制分量进行叠加，得到并输出所 述机械臂末端在笛卡尔空间的总力控制量。
[0030]进一步地，在上述的直接力反馈控制装置中，还包括：
[0031]所述力控制总量输出模块还用于若所述实际外力小于所述预设阈值， 则将预设力控制分量与所述阻抗控制分量进行叠加，得到所述机械臂末端 在笛卡尔空间的总力控制量。
[0032]本专利技术的一实施例还提供一种控制器，应用于机械臂控制，所述控制 器包括处理
器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于 执行所述计算机程序以实施上述的直接力反馈控制方法。
[0033]本专利技术的一实施例还提供一种机器人，采用上述的控制器进行机械臂 控制。
[0034]本专利技术的一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机 程序，所述计算机程序被执行时，实施上述的直接力反馈控制方法。
[0035]本专利技术的实施例具有如下优点：
[0036]本专利技术实施例的直接力反馈控制方法通过计算两部分控制量，分别是 阻抗控制分量以及根据机械臂末端受到的外力进行直接力闭环反馈计算得 到的力控制分量，通过结合两部分控制量得到对机械臂末端的力控制输出， 本专利技术的方法同时考虑了阻抗和直接力反馈闭环，与现有的力控方法相比， 在保证安全接触的情况下，能够实现更加精确的末端力控制，且接触过程 中控制更加柔顺等。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0038]图1示出了本专利技术实施例的直接力反馈控制方法的第一流程示意图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接力反馈控制方法，其特征在于，应用于机械臂控制，所述方法包括：获取机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度和所受实际外力；根据获取的所述实际位置、所述实际速度、所述实际外力和所述机械臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的阻抗控制分量；根据所述机械臂末端受到的期望交互力、所述实际外力和所述实际速度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的力控制分量；判断所述实际外力是否大于预设阈值，若大于，则将所述力控制分量与所述阻抗控制分量进行叠加，得到所述机械臂末端在笛卡尔空间的总力控制量。2.根据权利要求1所述的直接力反馈控制方法，其特征在于，还包括：若所述实际外力小于所述预设阈值，则将预设力控制分量与所述阻抗控制分量进行叠加，得到所述机械臂末端在笛卡尔空间的总力控制量。3.根据权利要求1或2所述的直接力反馈控制方法，其特征在于，所述机械臂末端设有力传感器，所述获取机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置、实际速度和所受实际外力包括：根据获取的所述机械臂在关节空间的关节角位移和关节角速度通过正运动学函数计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的实际位置和实际速度；读取由所述力传感器测量得到所述机械臂末端在笛卡尔空间所受的实际外力。4.根据权利要求1或2所述的直接力反馈控制方法，其特征在于，所述根据获取的所述实际位置、所述实际速度、所述实际外力和所述机械臂末端的期望位置、期望速度和期望加速度计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的阻抗控制分量包括：通过力选择矩阵对所述实际位置、所述实际速度、所述实际外力以及所述机械臂末端在笛卡尔空间的期望位置、期望速度和期望加速度进行任务子空间投影，得到在所述任务子空间中各自对应的投影；计算所述实际位置的投影与所述期望位置的投影之间的位置偏差，以及所述实际速度的投影与所述期望速度的投影之间的速度偏差；根据所述位置偏差、所述速度偏差和所述实际外力的投影基于弹簧-质量-阻尼模型计算阻抗控制量，并根据所述阻抗控制量和所述期望加速度的投影计算在所述任务子空间的加速度控制量；将所述加速度控制量由所述任务子空间映射至所述笛卡尔空间后利用雅克比矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓雨，黄荔群，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：