【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多机器人控制，具体涉及一种基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法。
技术介绍
1、在工业自动化、物流及自动化装配领域，固定基座机械臂越来越无法满足大范围工作空间的需要。机器人因其移动平台灵活性和机器人可操作性而受到广泛关注。例如，当前工业机器人的应用大多是每个工位以机器人独立工作为主，此类机器人只能适应特定的产品和工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工装夹具。然而，对于许多任务而言，如车辆动力装置的安装任务，这种独立工作的机器人操作是不够的。为了适应任务复杂性、操作智能性以及系统柔顺性的要求，需要拓展为多机器人智能协同作业。在救灾、输送设备、勘察、救援、车辆自动化装配等领域，同样需要多移动机器人系统完成单体机器人难以胜任的协同操作任务。
2、将多台机器人组成一个群组、可完成诸多单台机器人无法胜任的操作，如多机器人协同搬运，车辆动力装置安装等任务。虽然整体搬运能力得到提高，但对协调策略和控制方法带来诸多挑战。相较于单台机器人操控而言，协同搬运系统中多机器人与搬运负载间形成闭链结构，会带来一系列状态约束（位置、速度和加速度层级）和交互力/力矩耦合，极大地增加了协同搬运系统控制的难度。虽然目前已有的相关专利有涉及到协同搬运控制领域，如现有技术中的协同搬运力位混合控制方法，虽然提供了一种协同搬运的解决方案，但是并未考虑到应对外界干扰力的柔顺响应能力，影响了其在车辆自动装配领域的应用。
3、本专利技术用以解决如何协调机器人施加于搬运物体的操作力，实现对物体的柔顺搬运是一项重要工作。这需要单台机器人施
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，用以解决现有技术中的协同搬运时并未考虑应对外界干扰力的柔顺响应能力的问题。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：
4、步骤s110：对多机器人和搬运物体组成的协同搬运系统的交互点进行定义，搬运物体中心节点为搬运物体几何中心；所述交互点为机器人末端夹持器的抓取点；
5、步骤s120：基于步骤s110的交互点及几何中心，依次建立交互点自身阻抗模型、交互点间阻抗模型、以及交互点和中心节点间的阻抗模型，最后得到交互点协同阻抗模型；
6、步骤s130：基于步骤s120的协同阻抗模型，将外部力/力矩对协同搬运系统的影响考虑到协同阻抗模型中，建立最终的协同阻抗模型；
7、步骤s140：将步骤s130建立的协同阻抗模型代入定义的机器人动力学模型，建立体现协同特性的被控对象；
8、步骤s150：以步骤s140带有协同阻抗的机器人动力学模型为被控对象，设计控制器，实现基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制。
9、进一步的，所述步骤s110中多机器人和搬运物体组成的协同搬运系统包括至少两台机器人和一个搬运物体，所述机器人包括移动平台和机械臂；所述至少两台机器人，即；
10、所述移动平台上设置机械臂，所述机械臂至少具有6个自由度，以实现对搬运负载的三维空间操作。
11、进一步的，所述步骤s120中的交互点处的阻抗模型为，
12、（2）
13、式中，，为交互点实际位姿状态，为交互点期望位姿状态，为交互点的状态误差，为交互点状态误差变化速度，为交互点状态误差变化加速度，为交互点的状态误差，为交互点的状态误差变化速度，为交互点的状态误差变化的加速度，为交互点实际位姿状态变化速度，为交互点期望位姿状态变化速度，为交互点实际位姿状态变化的加速度，为交互点期望位姿状态变化的加速度，、和均为交互点与交互点间的阻尼系数；为交互点的状态误差阻尼系数、为交互点的状态误差变化速度的阻尼系数，为交互点的状态误差变化加速度的阻尼系数；为自定义的协同阻抗参数，为变化速度，为变化加速度。
14、进一步的，所述步骤s120中的考虑中心节点状态时，交互点处的阻抗模型为，
15、（3）
16、式中，，为中心节点的状态误差，为中心节点观测状态，为中心节点期望状态，为中心节点的状态误差变化速度，中心节点的状态误差变化速度加速度，为交互点的状态误差，为交互点状态误差变化速度，为交互点状态误差变化加速度；、和均为交互点与中心节点间的阻尼系数。
17、进一步的，所述步骤s120中考虑外力作用时，交互点处的阻抗模型为，
18、
19、式中，、、和分别为定义的交互点处的协同阻抗惯性、阻尼、刚度和力矩配置项。
20、进一步的，所述步骤s130将外部力/力矩对协同搬运系统的影响考虑到协同阻抗模型中可定义为，
21、（4）
22、式中，为作用于交互点处的搬运负载与环境间的交互力矩，为外部力，为内力，为内力配置项；
23、结合式（3）与式（4），交互点处的协同阻抗模型可描述为
24、（5）
25、式中，、、和分别为定义的交互点处的协同阻抗惯性、阻尼、刚度和力矩配置项。
26、进一步的，所述步骤s130中的最终的协同阻抗模型具体为，将台机器人组成的协同搬运系统中协同阻抗模型描述为
27、（6）
28、式中，、、和分别为定义的协同阻抗惯性、阻尼、刚度和力矩配置矩阵，，，。
29、进一步的，所述步骤s140定义的机器人动力学模型具体为，
30、广义空间协同搬运系统阻抗特性为，建立雅克比矩阵，将其转换到机器人关节空间，可得
31、（7）
32、式中，为作用于机器人关节空间的力矩矩阵，为机器人雅克比矩阵；
33、定义第 i个机器人的动力学模型为
34、（8）
35、式中，和为机器人 i惯性和科式力矩阵；为机器人关节速度，为关节力矩；
36、将式（7）带入式（8），可得
37、（9）
38、式中，为机器人控制律。
39、进一步的，所述步骤s150设计控制器具体为，根据式（9），定义关节空间误差为，
40、（10）
41、式中，；
42、定义滑模面为，
43、（11）
44、式中，为参数对角矩阵；
45、对式（11）求导并带入式（10），可得机器人控制律为
46、（12）
47、式中，为切换增益对角矩阵，为符号函数；
48、对式（12）积分，可得其关节角速度控制律为
49、（13）
50、式中，为上一时刻角速度，为设置的仿真或实验步长；
51、对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S110中多机器人和搬运物体组成的协同搬运系统包括至少两台机器人和一个搬运物体，所述机器人包括移动平台和机械臂；所述至少两台机器人，即；
3.根据权利要求1所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S120中的交互点处的阻抗模型为，
4.根据权利要求3所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S120中的考虑中心节点状态时，交互点处的阻抗模型为，
5.根据权利要求4所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S120中考虑外力作用时，交互点处的阻抗模型为，
6.根据权利要求5所述的协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S130将外部力/力矩对协同搬运系统的影响考虑到协同阻抗模型中可定义为，
7.根据权利要求6所述的协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于
8.根据权利要求6所述的协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S140定义的机器人动力学模型具体为，
9.根据权利要求8所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤S150设计控制器具体为，定义关节空间误差为，
10.根据权利要求9所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：对式（12）积分，可得其关节角速度控制律为
...【技术特征摘要】
1.一种基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤s110中多机器人和搬运物体组成的协同搬运系统包括至少两台机器人和一个搬运物体，所述机器人包括移动平台和机械臂；所述至少两台机器人，即；
3.根据权利要求1所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤s120中的交互点处的阻抗模型为，
4.根据权利要求3所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤s120中的考虑中心节点状态时，交互点处的阻抗模型为，
5.根据权利要求4所述基于协同阻抗的多机器人协调搬运控制方法，其特征在于：所述步骤s120中考虑外力作用时，交互点处的阻抗模型为，
【专利技术属性】
技术研发人员：汤奇荣，朱维，崔远哲，沈逸超，王炳正，张以恒，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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