本发明专利技术涉及一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，包括激光跟踪仪，用于获取机器人在激光跟踪仪坐标系下的机器人位姿；激光跟踪仪处理单元，用于实现激光跟踪仪坐标系和机器人基坐标系的坐标转换，并在操作空间内实时计算机器人末端的位姿；力反馈手柄，用于提供XYZ三方向力反馈，实时计算手柄运行空间位姿的偏移量信息，并发送给机器人控制器；机器人控制器，用于通过力位混合控制算法，得到控制指令发送给机器人。本发明专利技术将独立的控制末端执行器的运动和接触力，分成位置控制和力控制两个独立的解耦子问题，保证在提升机器人的绝对位置控制精度的同时，保持垂直方向上高精度力恒定，从而保证打磨、切削等应用的加工效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人运动控制领域，具体涉及一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统。
技术介绍
1、工业机器人因其部署灵活、成本低、易操作等优点，在智能制造领域有广阔的应用前景，但是相比于机床刚性较弱，绝对定位精度较低，外部受力容易激发机器人震颤，进一步影响了机器人的加工精度，绝对误差达到毫米级别，严重限制了工业机器人在打磨、切削等领域的高精度加工应用。同时当机器人处理复杂的感知和大量任务时，需要快速做出决策和处理极端情况时，遥距操作远远优于智能编程。
2、目前提升工业机器人绝对定位精度主要依靠激光跟踪仪等高精度测量装置进行运行学参数标定，计算工业机器人的修正模型，或者直接建立绝对位置误差与关节的误差模型。由于数据只是在局部工作条件下采集的，模型不适用于全局任务，任务改变时需重新采集数据并进行模型辨识。另一方面，打磨、切削等高精度加工过程不仅对位置精度，还对力控制精度有较高要求，需要应用力位混合控制，以便执行所需的机器人轨迹，例如工业机器人沿着某个面进行切削，既要在垂直面方向上进行高精度的力控制，又需要在切面方向进行高精度的位置控制。结合力反馈手柄装备，可以通过人工遥控的方式控制即时控制机器人的运动轨迹，可以在极端环境下，提升机器人的行为能力。
3、因此，现有的提升机器人绝对精度的方法不能通过在线修正的方式进行误差补偿，也无法满足机器人遥操作力控需求，难以在工况多变的环境中有效地提高工业机器人的控制精度、稳定性及以远程操作能力。因此亟需一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统。
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p>技术实现思路1、本专利技术提供了一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统。包括机器人控制器、工业机器人本体、六维力传感器、激光跟踪仪、力反馈手柄。本专利技术还提供了一种工业机器人高精密力位混合控制方法，可同时提升机器人的绝对位置控制精度且保证垂直方向上高精度力控制。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，包括：
3、激光跟踪仪，用于通过跟踪机器人末端的空间位置变化，获取机器人在激光跟踪仪坐标系下的机器人位姿；
4、激光跟踪仪处理单元，用于实现激光跟踪仪坐标系和机器人基坐标系的坐标转换，并在操作空间内实时计算机器人末端的位姿，并发送给机器人控制器；
5、力反馈手柄，用于跟踪人手操作，同时提供xyz三方向力反馈，实时计算手柄运行空间位姿的偏移量信息，并发送给机器人控制器，以实现对机器人末端的遥操作控制；
6、机器人控制器，用于接收激光跟踪仪处理单元发送的机器人末端的位姿，获取设于机器人末端的六位力传感器采集的受力信息，通过力位混合控制算法，得到控制指令，并发送给机器人本体。
7、所述力位混合控制算法具体如下：
8、获取设于机器人末端的六位力传感器采集的受力信息，通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，将力目标值与受力信息做差得到力误差；
9、获取激光跟踪仪处理单元发送的机器人末端的位置和姿态，通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到位姿目标值，与通过激光跟踪仪处理单元得到的机器人末端的位姿，做差得到位姿误差；
10、将力误差和位姿误差通过综合位置控制，得到轨迹规划曲线。
11、所述通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，通过下式得到：
12、
13、其中，fd(t)为力目标值，fd max为设置力的最大值，p.z为力反馈手柄z方向的偏移值。
14、所述综合位置控制，具体为：
15、综合位置控制p(t)＝s·pd(t)+s′·pf(t)；
16、其中，pd表示根据位姿误差通过位置控制率得到的机器人笛卡尔位置；pf表示根据力误差通过力控制率得到的机器人笛卡尔位置；
17、矩阵s和矩阵s’表示力位混合控制中每个自由度的控制模式；s矩阵为对角阵，对角线上的元素位1和0；
18、对于位置控制，s中元素为1的位置在s’中对应的元素为0；
19、对于力控制，s中元素为0的位置在s’中对应的元素为1。
20、一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制方法，包括以下步骤：
21、激光跟踪仪通过跟踪机器人末端的空间位置变化，获取机器人在激光跟踪仪坐标系下的机器人位姿；
22、激光跟踪仪处理单元实现激光跟踪仪坐标系和机器人基坐标系的坐标转换，并在操作空间内实时计算机器人末端的位姿，并发送给机器人控制器；
23、力反馈手柄跟踪人手操作，同时提供xyz三方向力反馈，实时计算手柄运行空间位姿的偏移量信息，并发送给机器人控制器，以实现对机器人末端的遥操作控制；
24、机器人控制器接收激光跟踪仪处理单元发送的机器人末端的位姿，获取设于机器人末端的六位力传感器采集的受力信息，通过力位混合控制算法，得到控制指令，并发送给机器人本体。
25、所述力位混合控制算法，包括以下步骤：
26、获取设于机器人末端的六位力传感器采集的受力信息，通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，将力目标值与受力信息做差得到力误差；
27、获取激光跟踪仪处理单元发送的机器人末端的位置和姿态，通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到位姿目标值，与通过激光跟踪仪处理单元得到的机器人末端的位姿，做差得到位姿误差；
28、将力误差和位姿误差通过综合位置控制，得到轨迹规划曲线。
29、所述通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，通过下式得到：
30、
31、其中，fd(t)为力目标值，fd max为设置力的最大值，p.z为力反馈手柄z方向的偏移值。
32、所述综合位置控制，具体为：
33、综合位置控制p(t)＝s·pd(t)+s′·pf(t)；
34、其中，pd表示根据位姿误差通过位置控制率得到的机器人笛卡尔位置；pf表示根据力误差通过力控制率得到的机器人笛卡尔位置；
35、矩阵s和矩阵s’表示力位混合控制中每个自由度的控制模式；s矩阵为对角阵，对角线上的元素位1和0；
36、对于位置控制，s中元素为1的位置在s’中对应的元素为0；
37、对于力控制，s中元素为0的位置在s’中对应的元素为1。
38、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
39、1)全工作空间的高精度控制。采用在线的误差补偿控制方法可以在无误差模型的前提下实时保证控制精度在百微米级别，前期不需要进行大量的实验和模型辨识，对不同任务的适应性强。
40、2)高精度力位混合控制。将独立的控制末端执行器的运动和接触力，分成位置控制和力控制两个独立的解耦子问题，力控制器对机器人进行调节，保证在提升机器人的绝对位置控制精度的同时，保持垂直方向上高精度力恒定，从而保证打磨、切削等应用的加工效果。
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【技术保护点】
1.一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述力位混合控制算法具体如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，通过下式得到：
4.根据权利要求1所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述综合位置控制，具体为：
5.一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制方法，其特征在于，所述力位混合控制算法，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制方法，其特征在于，所述通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，通过下式得到：
8.根据权利要求1所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制方法，其特征在于，所述综合位置控制，具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述力位混合控制算法具体如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述通过手柄运行空间位姿的偏移量信息得到力目标值，通过下式得到：
4.根据权利要求1所述的一种基于遥操作的机器人高精密力位混合控制系统，其特征在于，所述综合位置控制，具体为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李庆鑫，曾鹏，孙勇，孙乙铭，彭瑞飞，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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