基于电流的机器人末端柔性控制方法、装置、存储介质、设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及自动化技术领域，尤其是指一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，通过引入机器人的关节柔性、在机器人与待装配平面接触时引入一定的冲量，使机器人末端可以自动的将姿态的被水瓶问题补偿，不需要使用六维力矩传感器，有效降低成本，并且可以提高装配调整效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于电流的机器人末端柔性控制方法、装置、存储介质、设备


[0001]本专利技术涉及自动化
，尤其是指一种基于电流的机器人末端柔性控制方法、装置、存储介质、设备。

技术介绍

[0002]通过机器人实现自动的工装装配是目前常用的机械设计，具体结构为：机器人末端有长连杆，连杆末端有一个待装配工装，需要移动机器人末端到一个有柔性的工作台上，对准孔位后执行力控制，使长连杆末端的待装配工装与所需的工具装配在一起。
[0003]由于使用过程中机台会有晃动，同时工作台有柔性，无法保证一直是水平状态。所以示教的机器人位置无法保持每次使用时工具台都还是示教时刻的状态，可能会有一定倾斜。此时，继续按照力控下压，使机器人沿z方向移动会使连杆与工作台不垂直，装配效果差。此时就需要用力控不仅在z方向进行反馈，同时对rx和ry两个旋转方向也要有反馈。
[0004]基于电流去实现末端力装配最大的问题在于电流估计的外力不准。对于上述应用场景中，如果按照工艺需求，需求是装配时机器人末端与待装配物体平面保持水平，而实际使用时由于震动和平台柔性影响，待装配物体平面又无法保证与示教点位水平，所以在装配作业时，不但机器人的z方向需要保持一定的设定力，在姿态方向上也需要保证装配接触的扭矩为0。而受限于机器人电流估计的外力的精度影响，对于基于电流的机器人动力学模型而言，无法实现对期望观测外力扭矩方向都是0的控制，机器人的旋转姿态上的误差是很大的，导致机器人无法进行主动调节。
[0005]而现有技术中为解决上述问题，如专利号为CN201710558197.4的专利文件，公开了一种工业机器人进行轴孔装配的方法及其系统，使用关节力矩传感器测量各关节的输出力矩，并用该力矩值来计算装配轴与装配孔之间的接触力向量，控制工业机器人运动，在环境变化未知、装配轴孔误差未知的情况下，使装配轴与装配孔能够按照设定好的接触力向量进行接触，完成轴孔装配任务。其对机器人引入末端六维力矩传感器，通过力矩传感器来判断机器人的姿态，使装配作业时机器人的姿态始终保持与待装配物体平面水平，但是六维力矩传感器成本高，在需要工作电流的前提下，还需要实时核对其读数，才能判断出机器人的状态，进而再根据读数对机器人的姿态进行调整，效率低下，成本也高。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的问题提供一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，能够在基于电流的机器人动力学模型中，引入机器人的关节柔性以及对机器人与待装配平面接触时引入一定的冲量，使机器人末端可以自动的将姿态的被水瓶问题补偿，成本低，效率高。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术一方面公开一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1.获取机器人当前的姿态，根据机器人的姿态获取机器人期望的装配运动方向
以及期望的关节的柔性方向；
[0009]S2.根据机器人期望的装配运动方向以及期望的关节的柔性方向，且基于机器人当前姿态的雅可比矩阵，计算机器人各个关节需要的柔性；S3.在根据计算出的机器人各个关节需要的柔性来调整机器人所对应关节的柔性后，采集关节的电流并基于该电流建立机器人关节的动力学模型，根据关节的动力学模型来获取机器人的电流外力的估值F
estimate
；
[0010]S4.基于外力估值F
estimate
，建立机器人的外力的阻抗控制模型，根据机器人的末端执行器的速度、加速度、外力估值F
estimate
以及机器人的末端执行器的期望外力进行阻抗控制，使机器人的末端执行器的装配稳定。
[0011]优选的，所述步骤S2中，通过机器人当前姿态的雅可比矩阵来判断机器人期望运动的方向以及期望柔性的方向。
[0012]优选的，所述计算机器人各个关节需要的柔性，计算公式为：
[0013]τ＝J
T
F；
[0014]其中，τ为机器人各个关节的力矩向量，J表示机器人当前位姿下的雅可比矩阵，F表示机器人的末端期望的外力向量。
[0015]优选的，所述调整机器人所需对应关节的柔性方法中，通过机器人运动的PID控制来进行关节柔性调整。
[0016]进一步的，通过对机器人运动的PID控制的参数进行等比例缩小来调整机器人的关节柔性。
[0017]优选的，建立的所述阻抗控制模型为：
[0018][0019]其中，M和B分别为阻抗控制模型中需要调试的惯性和阻尼系数，x为笛卡尔方向的位姿，为机器人的末端执行器的速度，为机器人的末端执行器的加速度，F
d
为期望装配需要的外力，F
estimate
为基于电流的动力学模型观测得到的外力值。
[0020]优选的，对惯性M和阻尼系数B进行调节，设融合系数a、融合系数b以及外力误差e；
[0021]设机器人与待装配工位接触稳定时的所需惯性为M1，阻尼系数为B1；
[0022]设快速下压时机器人所需惯性为M2，阻尼系数为B2；
[0023]使阻抗模型中使用的惯性M＝aM1+bM2，阻尼系数B＝aB1+bB2；
[0024]其中，融合系数a、融合系数b和外力误差e之间的关系为：
[0025][0026]本专利技术第二方面公开一种基于电流的机器人末端柔性装配装置，包括：
[0027]机器人，所述机器人的末端用于安装待装配工装以及带动待装配工装移动；
[0028]中心控制模块，用于获取机器人的姿态，根据机器人装配前的姿态来判断机器人期望的装配运动方向和期望的关节柔性方向，再将判断结果结合机器人当前姿态的雅可比矩阵来计算出机器人各个关节的柔性，在根据计算结果调整机器人的关节柔性后，采集机器人的关节电流并基于该电流建立机器人的关节动力学模型，通过动力学模型获取机器人的电流外力估值，基于该外力估值建立机器人外力的阻抗控制模型，并通过控制该阻抗控制模型来调控机器人末端执行器的装配的稳定。
[0029]本专利技术第三方面公开一种计算机可读的存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于动态电流检测的机器人保护控制方法的步骤。
[0030]本专利技术第四方面公开一种电子设备，其中，该电子设备包括：
[0031]处理器；以及，
[0032]被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行所述的基于电流的机器人末端柔性控制方法的步骤。
[0033]本专利技术的有益效果：
[0034]本专利技术提供的一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，通过引入机器人的关节柔性、在机器人与待装配平面接触时引入一定的冲量，使机器人末端可以自动的将姿态的水平问题补偿，不需要使用六维力矩传感器，有效降低成本，并且可以提高装配调整效率。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的方法流程框图；
[0036]图2为本专利技术的外力控制模型的模型图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取机器人当前的姿态，根据机器人的姿态获取机器人期望的装配运动方向以及期望的关节的柔性方向；S2.根据机器人期望的装配运动方向以及期望的关节的柔性方向，且基于机器人当前姿态的雅可比矩阵，计算机器人各个关节需要的柔性；S3.在根据计算出的机器人各个关节需要的柔性来调整机器人所对应关节的柔性后，采集关节的电流并基于该电流建立机器人关节的动力学模型，根据关节的动力学模型来获取机器人的电流外力的估值F
estimate
；S4.基于外力估值F
estimate
，建立机器人的外力的阻抗控制模型，根据机器人的末端执行器的速度、加速度、外力估值F
estimate
以及机器人的末端执行器的期望外力进行阻抗控制，使机器人的末端执行器的装配稳定。2.根据权利要求1所述一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过机器人当前姿态的雅可比矩阵来判断机器人期望运动的方向以及期望柔性的方向。3.根据权利要求1所述一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于，所述计算机器人各个关节需要的柔性，计算公式为：τ＝J
T
F；其中，τ为机器人各个关节的力矩向量，J表示机器人当前位姿下的雅可比矩阵，F表示机器人的末端期望的外力向量。4.根据权利要求1或3所述一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于，所述调整机器人所需对应关节的柔性方法中，通过机器人运动的PID控制来进行关节柔性调整。5.根据权利要求4所述一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于：通过对机器人运动的PID控制的参数进行等比例缩小来调整机器人的关节柔性。6.根据权利要求1所述一种基于电流的机器人末端柔性控制方法，其特征在于，建立的所述阻抗控制模型为：其中，M和B分别为阻抗控制模型中需要调试的惯性和阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一楠，沙琪，王红，史瑞芝，
申请(专利权)人：东莞市李群自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：