用于机器人的可变导纳控制方法技术

本公开的实施例提供了一种用于机器人的可变导纳控制方法、装置、设备和计算机可读存储介质。本公开的实施例所提供的方法、装置、设备和计算机可读存储介质利用人工智能技术，基于机器人当前运动状态和与环境的交互状态对导纳参数进行实时调节以适应当前交互环境，从而增强了机器人控制的柔顺性，并且从能量耗散的角度将振动抑制引入导纳控制的可变导纳参数设计，利用阻尼作用将机器人振动能量转化为其他能量来抑制振动，从而增强了机器人控制的稳定性，提升了人机交互的体验感。提升了人机交互的体验感。提升了人机交互的体验感。

【技术实现步骤摘要】
用于机器人的可变导纳控制方法


[0001]本公开涉及人工智能及机器人领域，更具体地，涉及一种用于机器人的可变导纳控制方法、装置、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]随着人工智能及机器人技术在民用和商用领域的广泛应用，基于人工智能及机器人技术的人机交互型机器人也面临着更高的要求。基于力信息的机器人控制系统设计是人机交互的重要研究方向。机器人在力控下的柔顺性和稳定性是判断力控性能和交互体验的重要指标。基于力信息控制主要有直接关节力控和间接力控等方式。间接力控将力信号先转化为理想的运动命令，然后驱动机器人跟踪生成的理想运动命令。间接力控过滤了力传感器的噪声，因此相较于直接力控更加柔顺。
[0003]导纳控制是间接力控中最常见的一种控制方法。导纳控制是输入力而输出运动量的控制方法，其较多应用于与柔性环境相互交互或者在自由环境中进行操作的场景。在现有的导纳控制设计中，导纳参数通常是固定的，极少数导纳控制器考虑了逻辑简单的可变导纳参数，例如导纳参数随着速度或力的增减而增减，但是在复杂多变的柔性应用环境(例如，不同软硬的接触面，人机交互中人的肌肉张紧度变化等)中，这样的导纳控制难以指导机器人快速灵敏地响应操作者的操作意图，导致机器人的动作反应慢。另外，当操作者出现抖动或机器人由于不稳定而产生振动时，现有的导纳控制方法并不能及时响应并修正操作者的抖动和机器人的振动，甚至会导致失误被连续放大，造成最终的操作结果出现很大误差，严重影响了操作精度以及操作者的使用体验。
[0004]因此，需要一种导纳参数可变的导纳控制方法，使得导纳控制能够自适应于交互环境。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本公开通过对导纳控制中的导纳参数进行实时调节以适应当前交互环境，并且从能量耗散角度将振动抑制引入可变导纳控制，从而提升了人机交互中的稳定性和体验感。
[0006]本公开的实施例提供了一种用于机器人的可变导纳控制方法，所述机器人包括第一数量的关节，所述方法包括：获取对所述机器人施加的交互力、所述机器人的运动状态参数以及振动状态参数，其中，所述运动状态参数包括所述机器人的运动速度，所述振动状态参数与所述机器人运动过程中产生的振动相关；基于所述交互力、所述运动状态参数和所述振动状态参数确定用于所述机器人的导纳参数，所述导纳参数包括虚拟阻尼；以及基于所确定的导纳参数和所述机器人的参考力来生成对所述机器人的所述第一数量的关节的控制信号；其中，所述参考力是基于所述交互力与期望所述机器人受到的期望力而确定的。
[0007]本公开的实施例提供了一种用于机器人的可变导纳控制装置，其中，基于所述交互力、所述运动状态参数和所述振动状态参数确定导纳参数包括：确定参考虚拟阻尼；基于
所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼；其中，所述交互力包括交互力值和交互力方向，所述机器人的运动速度包括速度值和速度方向，其中，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼包括：基于所述交互力方向与速度方向的关系，利用所述交互力值和所述速度值对所述参考虚拟阻尼进行调整，以确定所述虚拟阻尼。
[0008]本公开的实施例提供了一种用于机器人的可变导纳控制设备，包括：一个或多个处理器；和一个或多个存储器，其中，所述存储器中存储有计算机可执行程序，当由所述处理器执行所述计算机可执行程序时，执行权利要求1
‑
9中任一项所述的方法。
[0009]本公开的实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上所述的方法。
[0010]本公开的实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行根据本公开的实施例的用于机器人的可变导纳控制方法。
[0011]本公开的实施例提供了一种用于机器人的可变导纳控制方法、装置、设备和计算机可读存储介质。
[0012]本公开的实施例所提供的方法相比于基于固定导纳参数或简单可变导纳参数的导纳控制方法而言，能够根据当前交互环境变化而自适应地调节导纳参数，使得机器人能够快速灵敏地响应操作者的意图，提升了操作者的体验感。
[0013]本公开的实施例利用人工智能技术，基于机器人当前运动状态和与环境的交互状态对导纳参数进行实时调节以适应当前交互环境，从而增强了机器人控制的柔顺性，并且从能量耗散的角度将振动抑制引入导纳控制的可变导纳参数设计，利用阻尼作用将机器人振动能量转化为其他能量来抑制振动，从而增强了机器人控制的稳定性，提升了人机交互的体验感。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，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它的附图。
[0015]图1A是示出根据本公开的实施例的操作机器人运动的示例示意图；
[0016]图1B是概念性地示出根据本公开的实施例的基于导纳控制的机器人控制框图；
[0017]图2A是示出根据本公开的实施例的用于机器人的可变导纳控制方法的流程图；
[0018]图2B是示出根据本公开的实施例的曲线图；
[0019]图3是示出根据本公开的实施例的基于可变导纳控制的机器人控制框图；
[0020]图4是示出根据本公开的实施例的用于机器人的可变导纳控制方法的流程图；
[0021]图5A是示出根据本公开的实施例的可变阻尼、高阻尼与低阻尼情况下的运动轨迹比较的图；
[0022]图5B是示出根据本公开的实施例的可变导纳控制下的虚拟阻尼变化的曲线图；
[0023]图6A是示出根据本公开的实施例的可变阻尼、高阻尼与低阻尼情况下的运动轨迹比较的图；
[0024]图6B是示出根据本公开的实施例的可变阻尼、高阻尼与低阻尼情况下的参数比较的图；
[0025]图6C是示出根据本公开的实施例的可变导纳控制下的虚拟阻尼变化的曲线图；
[0026]图7是示出根据本公开的实施例的用于机器人的可变导纳控制装置的示意图；
[0027]图8示出了根据本公开的实施例的用于机器人的可变导纳控制设备的示意图；
[0028]图9示出了根据本公开的实施例的示例性计算设备的架构的示意图；以及
[0029]图10示出了根据本公开的实施例的存储介质的示意图。
具体实施方式
[0030]为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人的可变导纳控制方法，所述机器人包括第一数量的关节，所述方法包括：获取对所述机器人施加的交互力、所述机器人的运动状态参数以及振动状态参数，其中，所述运动状态参数包括所述机器人的运动速度，所述振动状态参数与所述机器人运动过程中产生的振动相关；基于所述交互力、所述运动状态参数和所述振动状态参数确定用于所述机器人的导纳参数，所述导纳参数包括虚拟阻尼；以及基于所确定的导纳参数和所述机器人的参考力来生成对所述机器人的所述第一数量的关节的控制信号；其中，所述参考力是基于所述交互力与期望所述机器人受到的期望力而确定的。2.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述交互力、所述运动状态参数和所述振动状态参数确定导纳参数包括：确定参考虚拟阻尼；基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼；其中，所述交互力包括交互力值和交互力方向，所述机器人的运动速度包括速度值和速度方向，其中，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼包括：基于所述交互力方向与速度方向的关系，利用所述交互力值和所述速度值对所述参考虚拟阻尼进行调整，以确定所述虚拟阻尼。3.如权利要求2所述的方法，其中，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼包括：在所述振动状态参数指示所述机器人在运动过程中未产生振动的情况下，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力和所述机器人的运动速度确定所述虚拟阻尼；以及在所述振动状态参数指示所述机器人在运动过程中产生振动的情况下，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼。4.如权利要求3所述的方法，其中，基于所述参考虚拟阻尼、所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数确定所述虚拟阻尼包括：在所述交互力或所述机器人的运动速度为零的情况下，将所述虚拟阻尼设置为所述参考虚拟阻尼；在所述交互力与所述机器人的运动方向同向的情况下，利用所述交互力、所述速度值和所述振动状态参数对所述参考虚拟阻尼进行调整，以确定比所述参考虚拟阻尼更小的所述虚拟阻尼；以及在所述交互力与所述机器人的运动方向反向的情况下，利用所述交互力、所述速度值和所述振动状态参数对所述参考虚拟阻尼进行调整，以确定比所述参考虚拟阻尼更大的所述虚拟阻尼。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述振动状态参数包括振动幅度和振动频率中的至少一项，其中，随着所述振动幅度和振动频率的增加，对所述参考虚拟阻尼进行调整的程度减
小。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述交互力、所述机器人的运动速度和所述振动状态参数与所述虚拟阻尼的关系为：其中，b为虚拟阻尼，F
h
为所述交互力，为所述机器人的运动速度，A为振动幅度，ω为振动频率，b0为所述参考虚拟阻尼，α和β为可调参数。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述导纳参数还包括虚拟质量和虚拟刚度，所述导纳参数与所述机器人的参考力的关系为：其中，m为虚拟质量，b为虚拟阻尼，k为虚拟刚度，F为参考力，x、和分别为所述机器人的位置、运动速度和运动加速度；其中，基于所确定的导纳参数和所述机器人的参考力来生成对所述机器人的所述第一数量的关节的控制信号包括：根据所述导纳参数与所述机器人的参考力的所述关系，基于所述导纳参数和所述参考力确定与所述机器人的所述第一数量的关节对应的第一数量的参考运动参数；以及基于所述第一数量的参考运动参数，生成用于控制所述机器人的所述第一数量的关节的运动的第一数量的控制信号。8.如权利要求5所述的方法，其中，所述虚拟刚度k为零，所述机器人停留在所述交互力对所述机器人的作用结束后的位置。9.一种用于机器人的可变导纳控制方法，所述机器人包括第一数量的关节，所述方法包括：获取所述机器人的期望运动轨迹；获取所述机器人的实时运动轨迹，并获取对所述机器人施加的交互力...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙飞，韩亮，周诚，王海涛，
申请(专利权)人：腾讯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：