一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法，其首先分别计算出两条机械手臂所在的空间曲线；再分别采集空间曲线上的多个坐标点，同一空间曲线上相邻的坐标点之间的距离等于采样长度，将两条机械手臂所在的空间曲线上采集的坐标点分别纳入第一点阵列和第二点阵列中，并且还将坐标点与其所在的臂杆对应；再对第一点阵列中的坐标点与第二点阵列中的坐标点一一对应相减分别求得差值，最后获得其中的最小差值；实时计算获得两条机械手臂的臂杆之间的撞击距离，将最小差值与对应臂杆之间的撞击距离相比较；当最小差值小于对应臂杆的撞击距离时，输出神经反射信号。本发明专利技术能在双臂协调工作的同时，提前预判双臂的碰撞，适应能力强、安全可靠。安全可靠。安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人控制技术，特别是涉及一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济建设的迅速发展，大量的双臂机器人得到应用。但是，目前机器人双臂控制方式都是对单臂分别控制各自运作，只是组装在一起，并不算真正意义上协同的双臂控制方式。
[0003]其中，双臂碰撞控制方法是机器人双臂控制方式的一个重要部分，现有的双臂碰撞控制方法主要有两种：第一种为基于力矩传感器检测；第二种为基于几何模型的碰撞检测，用基本几何体包围实际模型的碰撞检测，如专利号为202010123225.1的中国专利公开的一种双臂自碰撞检测方法就属于第二种。
[0004]上述双臂碰撞控制方法存在以下不足：
[0005]1、第一种基于力矩传感器的检测方法成本过高，存在安装问题，不一定适用于所有现有的机器人。其在检出碰撞时，碰撞实际已经发生，无法起到预防作用。
[0006]2、第二种基于几何模型的碰撞检测方法的碰撞精度需要取决于包络后的模型与实际模型的紧密程度，计算难度大，会出现人为的犯错或计算编程等错误，增加了此控制方法控制风险。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法，其能在双臂协调工作的同时，提前预判双臂的碰撞，适应能力强、安全可靠。
[0008]解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法，机器人设有两条机械手臂，机械手臂分别设有通过关节连接在一起的臂杆，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]步骤一：对两条机械手臂，分别获得每个关节所转动的角度和相邻关节的轴心之间的距离，从而分别计算出两条机械手臂所在的空间曲线；
[0011]步骤二：根据设定的采样长度，分别采集空间曲线上的多个坐标点，同一空间曲线上相邻的坐标点之间的距离等于采样长度，将两条机械手臂所在的空间曲线上采集的坐标点分别纳入第一点阵列和第二点阵列中，并且还将坐标点与其所在的臂杆对应；
[0012]步骤三：对第一点阵列中的坐标点与第二点阵列中的坐标点一一对应相减分别求得差值，最后获得其中的最小差值；
[0013]步骤四：实时计算获得两条机械手臂的臂杆之间的撞击距离，将最小差值与对应臂杆之间的撞击距离相比较；当最小差值小于对应臂杆的撞击距离时，输出神经反射信号。
[0014]可选的，步骤四中的撞击距离的计算方法为：获得每个关节的轴的惯量，实时获得每个关节的转动角速度，通过惯量和转动角速度计算出每段臂杆的减速距离，将最小差值
对应的两段臂杆的减速距离、两机械手臂的最大半径与设定的阈值相加求得撞击距离。
[0015]可选的，对应关节的轴的惯量的计算方法为：将两条机械手臂分别水平伸直，且每个关节的轴心也处于水平状态，此时，获得对应关节在平衡时的电流，通过电流求出对应的重量值，根据重量值和相邻关节的重心点之间的距离计算得出对应的惯量。
[0016]可选的，惯量的计算在步骤一之前进行。
[0017]可选的，步骤三中获得最小差值的方法为：首先，将第一点阵列中的第一个坐标点与第二点阵列中的第一个坐标点相减获得差值，并存储；之后，每一次相减的差值均与存储的差值进行对比，将较小的差值进行存储；最后完成全部减法后，存储下来的差值将是最小差值。
[0018]可选的，控制方法在机器人的控制系统中独立运行，且控制方法输出的神经反射信号的优先级高于机器人的控制系统中的其他控制信号。
[0019]可选的，每个关节所转动的角度通过设置在关节中的编码器检测获得。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术通过机械手臂的关节的转动角度、轴心之间的距离等数据的计算来实现对碰撞风险的预判，发出防撞预警，提前预防双臂的碰撞。其无需设置力矩传感器，成本低，且不会出现安装问题。
[0022]本专利技术为实时根据机械手臂所在的空间曲线等数据来预判碰撞风险，且计算更简单，能更好的避免出现
技术介绍
中的基于几何模型的碰撞检测方法的人为错误，控制更加可靠安全。
[0023]2、由于惯量等参数的精度极高，发出警报实际停止时不会有碰撞，停止距离通过阈值决定，停止精度带毫米级，停止效果和接触式碰撞控制系统无异，比传统的碰撞式碰撞控制系统有以下优点：本专利技术得到碰撞警报后实际是没任何接触性损坏的，传统的碰撞式碰撞控制系统则是实际碰撞，会出现掉漆、刮擦、抱闸松动等等不可避免的接触性损伤。
[0024]3、本专利技术的控制方法可以做成硬件电路，独立运作或者嵌入到其他控制方式中，解决了烦琐的软件编程，和人为的设置错误。做成硬件电路时，响应速度快，原则上做的了零延迟，解决了软件运算的延时问题。
[0025]4、本专利技术优于传统的单臂单独运作方式，协调性更好，解决了传统控制不适用于双臂机器人的特点。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的控制方法的流程框图；
[0027]图2为关节转动速度对应的扭矩图；
[0028]图3为本专利技术的控制方法的第一种实现方式的原理示意图；
[0029]图4为本专利技术的控制方法的第二种实现方式的原理示意图。
具体实施方式
[0030]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所
指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0031]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0032]下面结合实施例对本专利技术进一步描述。
[0033]实施例：
[0034]本专利技术的控制方法可以设计成硬件电路，也可以设计成软件嵌入到其他控制方式中。由于是双臂汇总到一个大脑(控制器)中，这种类人型双臂设计神经发射控制方式，优于传统的单臂单独运作方式，协调性更好，适用于双臂机器人系统。
[0035]本实施例所涉及的一种机器人1，其设有两条机械手臂2，两条机械手臂2分别设在左右两边，机械手臂2分别设有通过关节4连接在一起的臂杆3，关节4上设有轴，每个关节4均可转动，关节4和臂杆3的数量均为多个，根据实际机器人1的设计而定。
[0036]本实施例的机器人双臂碰撞神经反射控制方法包括以下步骤：
[0037]步骤一：对两条机械手臂，分别获得每个关节所转动的角度和相邻关节的轴心之间的距离，从而分别计算出两条机械手臂所在的空间曲线；
[0038]其中，每个关节所转动的角度通过设置在关节中的编码器检测获得。
[0039]步骤一的一种具体方法如下：
[0040]编码本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人双臂碰撞神经反射控制方法，所述机器人设有两条机械手臂，所述机械手臂分别设有通过关节连接在一起的臂杆，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对两条所述机械手臂，分别获得每个关节所转动的角度和相邻关节的轴心之间的距离，从而分别计算出两条所述机械手臂所在的空间曲线；步骤二：根据设定的采样长度，分别采集所述空间曲线上的多个坐标点，同一空间曲线上相邻的所述坐标点之间的距离等于所述采样长度，将两条所述机械手臂所在的空间曲线上采集的坐标点分别纳入第一点阵列和第二点阵列中，并且还将坐标点与其所在的臂杆对应；步骤三：对第一点阵列中的坐标点与第二点阵列中的坐标点一一对应相减分别求得差值，最后获得其中的最小差值；步骤四：实时计算获得两条所述机械手臂的臂杆之间的撞击距离，将所述最小差值与对应臂杆之间的撞击距离相比较；当最小差值小于对应臂杆的撞击距离时，输出神经反射信号。2.根据权利要求1所述的机器人双臂碰撞神经反射控制方法，其特征在于：步骤四中的所述撞击距离的计算方法为：获得每个关节的轴的惯量，实时获得每个关节的转动角速度，通过惯量和转动角速度计算出每段臂杆的减速距离，将所述最小差值对应的两段臂杆的减速距离、两机械手臂的最大半径与设定的阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：江子杰，陆宏杰，王宏宽，叶金培，徐琴峰，
申请(专利权)人：中国电器科学研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：