[发明专利]一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法

权利要求书

1.一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法，包括汉字轮廓信息提取、机械臂末端轨迹规划、阻抗控制方法设计、接触面位置寻找和书写过程的力控制，其特征在于包括如下步骤：

(1)基于Windows自带的TTF字库提取汉字的轮廓点位置信息，并把轮廓曲线分为直线和样条曲线；

(2)将提取出的汉字轮廓位置坐标转化为机械臂末端执行器笛卡尔空间的x和y坐标，分别对直线和样条曲线进行机械臂末端的轨迹规划；

(3)设计机械臂的阻抗控制方法，对机械臂末端的位置和力同时进行控制；

(4)设计六自由度机械臂寻找接触面的策略，计算接触面在笛卡尔空间的位置；

(5)在力控制下书写汉字；

所述的步骤(1)具体为：

(1.1)基于Windows自带的TTF字库，调用CFont类的CreateFont()函数设置待书写汉字的高度、宽度及字体；

(1.2)每个汉字包含若干条闭合轮廓，将其分为直线和样条曲线，使用GetGlyphOutline()函数提取汉字的轮廓信息；

(1.3)创建文本文件，将轮廓位置坐标存入文本文件中。

2.根据权利要求1所述的一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法，其特征在于：

所述的步骤(2)具体为：

(2.1)读取文本文件中的轮廓曲线位置坐标，将读取的平面坐标值分别转化为机械臂末端执行器在笛卡尔空间的x和y坐标；

(2.2)对直线轮廓线进行直线轨迹规划，通过归一化参数确定起点与终点间中间点的坐标，归一化参数采用抛物线过渡的线性函数，保证机械臂末端在书写汉字时速度连续；

(2.3)对样条轮廓线进行样条轨迹规划，通过抛物线函数拟合样条曲线，采用等弦长的方法得到插补点的位置坐标；

(2.4)依次将轨迹规划后的位置坐标作为机械臂期望的末端位置发送给控制器。

3.根据权利要求1所述的一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法，其特征在于：

所述的步骤(3)具体为：

(3.1)采用基于位置的控制方法，控制内环为位置控制环，外环使用阻抗控制器将力偏差转化为位置偏差；

(3.2)使用力传感器测量机械臂末端与环境的实际接触力，将期望接触力与实际接触力的差值输入阻抗控制器；

(3.3)将期望位置与阻抗控制器输出的位置差同时输入到位置控制内环中，控制机械臂同时满足期望力与期望位置。

4.根据权利要求1所述的一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法，其特征在于：

所述的步骤(4)具体为：

(4.1)将机械臂末端的期望力设为安全范围内的某一值F₀，并发送给阻抗控制器，并控制其运动直至满足期望力要求，此时机械臂末端与接触面接触；

(4.2)接触力到达F₀后，把期望力置为0N，接触力减小到0N时的位置即为接触面的位置；

(4.3)读取此时机械臂的关节角，通过机械臂运动学方程计算机械臂末端的位置，即为接触面在笛卡尔空间的位置。

5.根据权利要求1所述的一种具有力控制的六自由度机械臂标准汉字书写方法，其特征在于：

所述的步骤(5)具体为：

(5.1)书写汉字时的期望力根据实际需要设定在安全范围内，并保证接触力满足精度要求；

(5.2)将轨迹规划后的位置(x,y,0)与接触面的位置(0,0,z)作为期望位置(x,y,z)，发送给位置控制器；

(5.3)控制机械臂书写汉字，同时满足期望位置与期望力，并且接触力保持恒定。