基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法、系统及应用技术方案

本发明专利技术公开一种基于阻抗模式修正机械臂控制器的方法、系统及应用，包括：步骤S1、获得阻抗控制参数；步骤S2、控制机械臂沿力控方向接触环境对象，并计算所述力控方向的环境刚度；步骤S3、根据所述环境刚度，获得力控参数；步骤S4、输出所述力控参数给所述机械臂的控制器。本发明专利技术能够解决机械臂在不同环境下的力控参数调节的问题；通过计算得到环境的刚度系数，用于反映环境信息，从而得到对应的力控参数对控制器进行修正，提高机械臂和环境的交互能力。能力。能力。

Method, system and application of modifying manipulator controller parameters based on impedance mode

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法、系统及应用


[0001]本专利技术涉及机械臂的控制
，特别是涉及一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法、系统及应用。

技术介绍

[0002]经典力控理论阻抗控制方法中，机械臂和环境间的动态关系建立关系模型，通过控制机器人末端位移间接控制末端作用力，但是机械臂和环境的交互能力仍需进一步提高，以使机械臂能随时根据环境的变化对力控参数进行适应性调整，达到在任意环境下都能使用最优力控参数反馈给控制器。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法、系统及应用，能够在不同环境下根据测量得到的环境刚度调节力控参数，从而提高机械臂和环境的实时交互能力。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，其特征在于，包括：
[0005]步骤S1、获得阻抗控制参数；
[0006]步骤S2、控制机械臂沿力控方向接触环境对象，并计算所述力控方向的环境刚度；
[0007]步骤S3、根据所述环境刚度，获得力控参数；
[0008]步骤S4、输出所述力控参数给所述机械臂的控制器。
[0009]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，步骤S1中，所述阻抗控制参数包括弹性系数、阻尼系数、质量、虚拟摩擦力中的一个或多个。
[0010]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，步骤S2中，所述计算所述力控方向的环境刚度，包括：
[0011]基于末端力矩传感器或关节力矩传感器，以及所述力控方向上的环境形变量，计算所述力控方向的环境刚度。
[0012]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，步骤S2中，控制机械臂沿力控方向接触环境对象，包括：
[0013]控制机械臂沿力控方向向环境对象移动，当机械臂的工具中心点与环境对象接触并达到受力平衡时，获得机械臂的末端传感器数据和工具中心点的位置移动数据；
[0014]基于所述末端传感器数据和所述工具中心点的位置移动数据，得到所述环境刚度。
[0015]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，步骤S3中，根据环境刚度获取力控参数，包括：
[0016]根据预设的环境刚度到力控参数的映射数据确定所述力控参数；和/或，
[0017]根据与环境刚度相关的线性模型拟合函数确定所述力控参数；和/或，
[0018]根据与环境刚度相关的非线性模型拟合函数确定所述力控参数；和/或，
[0019]根据与环境刚度相关的非线性模型的神经网络确定力控参数。
[0020]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，步骤S3中，还包括：通过所述线性模型拟合函数或所述非线性模型拟合函数对所述映射数据进行拟合确定所述力控参数。
[0021]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种基于阻抗模式修正机械臂控制器的系统，其特征在于，包括：
[0022]阻抗控制模块，用于获得阻抗控制参数；
[0023]环境刚度模块，用于控制机械臂沿力控方向接触环境对象，并计算所述力控方向的环境刚度；
[0024]力控参数模块，用于根据所述环境刚度，获得力控参数；
[0025]控制器修正模块，用于输出所述力控参数给所述机械臂的控制器。
[0026]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的系统，所述阻抗控制模块中，所述阻抗控制参数包括弹性系数、阻尼系数、质量、虚拟摩擦力中的一个或多个。
[0027]本专利技术提供的一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的系统，所述控制机械臂沿力控方向接触环境对象，包括：
[0028]控制机械臂沿力控方向向环境对象移动，当机械臂的工具中心点与环境对象接触并达到受力平衡时，获得机械臂的末端传感器数据和工具中心点的位置移动数据；
[0029]基于所述末端传感器数据和所述工具中心点的位置移动数据，得到所述环境刚度。
[0030]此外，本专利技术还提供一种机械臂产品，该机械臂产品使用以上基于阻抗模式修正机械臂控制器的方法，或以上基于阻抗模式修正机械臂控制器的系统。
[0031]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0032]本专利技术能够解决机械臂在不同环境下的力控参数调节的问题；通过计算得到环境的刚度系数，用于反映环境信息，从而得到对应的力控参数对控制器进行修正，提高机械臂和环境的交互能力。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例提供的基于阻抗模式修正机械臂控制器的方法的流程图。
[0034]图2为工具中心点沿z向运动，并在接触三种不同环境的z向力的曲线图，其横向坐标轴时间dt，竖向坐标轴标识z向力的大小。
[0035]图3是根据环境刚度K1与力控参数r的映射数据进行线性拟合的曲线。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0037]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上
或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0038]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0039]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，包括：
[0040]步骤S1、开启阻抗控制模式，并在阻抗控制模式下，设置阻抗控制模式的阻抗控制器阻尼系数B、质量m、弹性系数K0和虚拟摩擦力f1等阻抗控制参数，其中可以把弹性系数K0设置为0(在其他实施例中也可以把弹性系数K0设置为其他数值)，其他阻抗控制参数可以由用户设置，也可以由系统默认，或者用户也可以设定最大接触力(以使得机械臂向环境移动时的末端受力始终小于该最大接触力)，机械臂将最大接触力数值转换为阻力参数，可以保证机械臂测量过程中的最大力始终在传感器量程内；在阻抗控制模式下，能够保持机械臂(或机器人)的柔性，保护机械臂(或机器人)不受大的冲击，避免机械臂(或机器人)在环境中运动损坏；本实施例中设置合理的阻抗控制参数，以使机械臂在与环境对象接触的过程中减小冲击损坏。
[0041]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阻抗模式修正机械臂控制器参数的方法，其特征在于，包括：步骤S1、获得阻抗控制参数；步骤S2、控制机械臂沿力控方向接触环境对象，并计算所述力控方向的环境刚度；步骤S3、根据所述环境刚度，获得力控参数；步骤S4、输出所述力控参数给所述机械臂的控制器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述阻抗控制参数包括弹性系数、阻尼系数、质量、虚拟摩擦力中的一个或多个。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述计算所述力控方向的环境刚度，包括：基于末端力矩传感器或关节力矩传感器，以及所述力控方向上的环境形变量，计算所述力控方向的环境刚度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，控制机械臂沿力控方向接触环境对象，包括：控制机械臂沿力控方向向环境对象移动，当机械臂的工具中心点与环境对象接触并达到受力平衡时，获得机械臂的末端传感器数据和工具中心点的位置移动数据；基于所述末端传感器数据和所述工具中心点的位置移动数据，得到所述环境刚度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，根据环境刚度获取力控参数，包括：根据预设的环境刚度到力控参数的映射数据确定所述力控参数；和/或，根据与环境刚度相关的线性模型拟合函数确定所述力控参数；和/或，根据与环境刚度相关的非线性模型拟合函数确定所述力控参数；和/或，根据与环境刚度相关的非线...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢胜文，王珂，
申请(专利权)人：苏州艾利特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：