机器人机械臂的运动控制系统、协作机器人及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种机器人机械臂的运动控制系统、协作机器人及存储介质，所述运动控制系统包括：标准姿态角获取模块获取机器人坐标系下末端工具以下一个作业拐点为运动目标时，当前作业点的标准欧拉姿态角；力检测模块实时检测在当前作业点作用于末端工具的作用力；分力选取模块将作用力分解到标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并选取朝向下一个作业拐点的作用分力；作业控制模块基于作用分力控制末端工具运动到下一个作业拐点。本申请通过获取标准姿态角，并将实时的作用力分解到标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并以朝向下一个作业拐点的作用分力进行后续控制，解决了传统协作机器人抖动、偏移、工具末端遇硬物反弹等缺点，使得操作手感灵活。得操作手感灵活。得操作手感灵活。

Motion control system of robot manipulator, cooperative robot and storage medium

【技术实现步骤摘要】
机器人机械臂的运动控制系统、协作机器人及存储介质


[0001]本专利技术属于机器人控制领域，特别涉及一种机器人机械臂的运动控制系统、协作机器人及存储介质。

技术介绍

[0002]现有技术中有很多场景需要用户使用磨钻对目标进行矩形路径或直线路径磨削。然而，手工磨削很难保证操作位置和方向最优，同时长时间的操作所带来的用户精力耗费以及手的生理颤抖都增加了误操作的可能性，并且，大部分情况下需要对目标进行多次磨削，传统的手工基于肉眼的观察，为了提高操作的精度，需要多次使用辅助检测设备进行反复观察，所耗时间较长，即便如此也不能保证结果令人满意。
[0003]因而现有技术中，逐渐引入协作机器人来进行辅助操作，然而，很多工业机械臂力反馈柔顺控制都采用导纳控制模式，这种方式在工业中运用比较常见，优点在于刚性较好，但是采用导纳模式的柔顺控制往往会出现机械臂抖动、机械臂末端工具触及硬物时出现反弹、长时间加电后机械臂出现漂移等现象，严重影响用户的手感。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中导纳控制模式的协作机器人在进行矩形磨削时出现的抖动、漂移、反弹等缺陷，提供一种机器人机械臂的运动控制系统、协作机器人及存储介质。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]一种机器人机械臂的运动控制系统，所述机械臂末端的法兰上设有末端工具，所述运动控制系统包括：
[0007]标准姿态角获取模块，用于获取机器人坐标系下所述末端工具以下一个作业拐点为运动目标时，当前作业点的标准欧拉姿态角；
[0008]力检测模块，用于实时检测在所述当前作业点作用于所述末端工具的作用力；
[0009]分力选取模块，用于将所述作用力分解到所述标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并选取朝向下一个作业拐点的作用分力；
[0010]作业控制模块，用于基于所述作用分力控制所述末端工具运动到所述下一个作业拐点。
[0011]较佳地，所述运动控制系统还包括：
[0012]法兰姿态角获取模块，用于实时获取机器人坐标系下所述法兰的法兰欧拉姿态角；
[0013]所述标准姿态角获取模块用于根据所述当前作业点与下一个作业拐点之间的第一矢量向量以及所述法兰欧拉姿态角，计算得到所述标准欧拉姿态角。
[0014]较佳地，所述标准姿态角获取模块包括：
[0015]目标点选取单元，用于在所述末端工具的作业面上选取一目标点，所述目标点和
所述当前作业点之间的连线与所述当前作业点和下一个作业拐点之间的连线垂直；
[0016]矢量获取单元，用于获取所述当前作业点与所述目标点之间的第二矢量向量；
[0017]姿态矩阵获取单元，用于根据所述法兰欧拉姿态角确定与所述末端工具的不同作业动作对应的姿态矩阵方程；所述作业动作包括偏航、俯仰和横滚按照任意顺序作业；
[0018]旋转矩阵计算单元，用于根据所述第一矢量向量、所述第二矢量向量和所述姿态矩阵方程计算得到姿态旋转矩阵；所述姿态矩阵用于表征从当前作业点的姿态运动到下一个作业拐点的姿态之间的旋转矩阵；
[0019]分解单元，从所述姿态旋转矩阵中分解得到所述标准欧拉姿态角。
[0020]较佳地，所述运动控制系统通过以下公式计算得到所述标准欧拉姿态角，具体包括：
[0021][0022][0023][0024]其中，T为姿态旋转矩阵，为第一矢量向量对应的单位方向向量，为第二矢量向量对应的单位方向向量，R为姿态矩阵方程，R中的每项值根据法兰欧拉姿态角计算得到，标准欧拉姿态角根据T中的每项值反推计算得到。
[0025]较佳地，所述标准姿态角获取模块还包括：
[0026]光学位置获取单元，用于获取光学坐标系下所述下一个作业拐点的第一光学位置数据和所述目标点的第二光学位置数据；
[0027]数据转换单元，用于根据所述机器人坐标系与所述光学坐标系的坐标系转换矩阵以及所述第一光学位置数据、所述第二光学位置数据，得到所述机器人坐标系下所述下一个作业拐点的第一机器位置数据和所述目标点的第二机器位置数据；
[0028]所述矢量获取单元用于根据所述第一机器位置数据和所述第二机器位置数据得到所述第二矢量向量。
[0029]较佳地，所述标准姿态角获取模块包括：
[0030]工具位置获取单元，用于实时获取机器人坐标系下所述末端工具在当前作业点的工具位置数据；
[0031]矢量获取单元，用于根据所述工具位置数据和所述下一个作业拐点的位置数据计算得到所述第一矢量向量。
[0032]较佳地，所述工具位置获取单元用于获取机器人坐标系下所述法兰的法兰位置数据，并根据所述末端工具与所述法兰的位置对应关系以及所述法兰位置数据得到所述工具位置数据。
[0033]较佳地，所述工具位置获取单元用于获取光学坐标系下所述末端工具的光学位置
数据，并根据所述机器人坐标系与所述光学坐标系的坐标系转换矩阵以及所述光学位置数据得到所述工具位置数据。
[0034]一种协作机器人，包括如上所述的机器人机械臂的运动控制系统。
[0035]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下机器人机械臂的运动控制方法，所述机械臂末端的法兰上设有末端工具，所述方法包括：
[0036]获取机器人坐标系下所述末端工具以下一个作业拐点为运动目标时当前作业点的标准欧拉姿态角；
[0037]实时检测作用于所述末端工具的作用力；
[0038]将所述作用力分解到所述标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并选取朝向下一个作业拐点的作用分力；
[0039]基于所述作用分力控制所述末端工具运动到所述下一个作业拐点。
[0040]本专利技术的积极进步效果在于：本申请通过标准姿态角获取模块获取机器人坐标系下所述末端工具以下一个作业拐点为运动目标时，当前作业点的标准欧拉姿态角；再通过力检测模块实时检测在所述当前作业点作用于所述末端工具的作用力；然后将所述作用力分解到所述标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并选取朝向下一个作业拐点的作用分力；再基于所述作用分力控制所述末端工具运动到所述下一个作业拐点。通过上述系统实现作业对象的操作比如磨削，解决了传统协作机器人抖动、偏移、工具末端遇硬物反弹等缺点，使得操作手感灵活。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例1的机器人机械臂的运动控制系统的模块示意图。
[0042]图2为本专利技术实施例1的机器人机械臂的运动控制系统中标准姿态角获取模块的模块示意图。
[0043]图3为本专利技术实施例1中机器人机械臂的运动控制系统的作业对象示例图。
[0044]图4为本专利技术实施例1中机器人机械臂的运动控制系统中坐标系标定示意图。
[0045]图5为本专利技术实施例1中机器人机械臂的运动控制系统中作业拐点标定示意图。
[0046]图6为本专利技术实施例1中机器人机械臂的运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人机械臂的运动控制系统，其特征在于，所述机械臂末端的法兰上设有末端工具，所述运动控制系统包括：标准姿态角获取模块，用于获取机器人坐标系下所述末端工具以下一个作业拐点为运动目标时，当前作业点的标准欧拉姿态角；力检测模块，用于实时检测在所述当前作业点作用于所述末端工具的作用力；分力选取模块，用于将所述作用力分解到所述标准欧拉姿态角的三个角度方向上，并选取朝向下一个作业拐点的作用分力；作业控制模块，用于基于所述作用分力控制所述末端工具运动到所述下一个作业拐点。2.如权利要求1所述的机器人机械臂的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统还包括：法兰姿态角获取模块，用于实时获取机器人坐标系下所述法兰的法兰欧拉姿态角；所述标准姿态角获取模块用于根据所述当前作业点与下一个作业拐点之间的第一矢量向量以及所述法兰欧拉姿态角，计算得到所述标准欧拉姿态角。3.如权利要求2所述的机器人机械臂的运动控制系统，其特征在于，所述标准姿态角获取模块包括：目标点选取单元，用于在所述末端工具的作业面上选取一目标点，所述目标点和所述当前作业点之间的连线与所述当前作业点和下一个作业拐点之间的连线垂直；矢量获取单元，用于获取所述当前作业点与所述目标点之间的第二矢量向量；姿态矩阵获取单元，用于根据所述法兰欧拉姿态角确定与所述末端工具的不同作业动作对应的姿态矩阵方程；所述作业动作包括偏航、俯仰和横滚按照任意顺序作业；旋转矩阵计算单元，用于根据所述第一矢量向量、所述第二矢量向量和所述姿态矩阵方程计算得到姿态旋转矩阵；所述姿态矩阵用于表征从当前作业点的姿态运动到下一个作业拐点的姿态之间的旋转矩阵；分解单元，从所述姿态旋转矩阵中分解得到所述标准欧拉姿态角。4.如权利要求3所述的机器人机械臂的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统通过以下公式计算得到所述标准欧拉姿态角，具体包括：通过以下公式计算得到所述标准欧拉姿态角，具体包括：通过以下公式计算得到所述标准欧拉姿态角，具体包括：其中，T为姿态旋转矩阵，为第一矢量向量对应的单位方向向量，为第二矢量向量对应的单位方向向量，R为姿态矩阵方程，R中的每项值根据法兰欧拉姿态角计算得到，标准欧拉姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炳坚，吕燕，石海，
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：