[发明专利]基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法，包括双臂协同控制模块根据目标负载的期望运动轨迹和期望力建立动力学模型，得到各个机械臂的末端期望位姿和末端期望力；单臂控制模块完成对所述期望任务指令的解析与执行，得到机械臂各个关节的期望角度；驱动模块根据规划的期望关节角度，驱动所述机械臂完成任务轨迹。本发明还提供一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制系统，本方案采用主从式和共享式策略进行负载的公共力分解，得到两个机械臂的期望操作力，进而提出了双臂协同操作的主从式力柔顺控制方法和共享式力柔顺控制方法。广泛应用于机器人技术的双臂协作控制领域。

技术领域

本发明涉及机器人技术的双臂协作控制领域，尤其涉及一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法及系统。

背景技术

单臂机器人的操作任务简单、灵巧性不足，与传统单个机械臂相比，双臂机器人更能适应工厂中为人类设计的工作空间，同时双臂可以完成装配、搬运等复杂的操作任务。双臂机器人在具有较高的灵活性和任务适应性的同时，也带来了更加复杂的建模、规划以及控制等问题。而双臂机器人的研究重点则为双臂协调完成复杂的载荷搬运以及装配等任务，由于双臂在进行协调操作时会形成闭链约束，同时双臂机器人系统在建模与控制上存在一定误差，如果不对末端操作力进行控制，很有可能会对负载甚至机械臂自身造成意想不到的破坏。

为了增强机械臂与环境的交互与感知，目前大多数机械臂均在关节或是末端安装有力传感器，通过阻抗控制方法或是力位混合控制方法即可实现机械臂的力柔顺操作。但是针对双臂协同搬运载荷等典型任务，尤其是双臂机器人与目标负载形成闭链约束后的双臂协同运动规划与柔顺操作问题，尚未提出安全可靠的控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法，包括以下步骤：

双臂协同控制模块根据目标负载的期望运动轨迹和期望力建立动力学模型，通过满足双臂闭链约束方程的协调位置分解和公共力分解得到各个机械臂的末端期望位姿和末端期望力；

单臂控制模块完成对所述期望任务指令的解析与执行，得到机械臂各个关节的期望角度，通过基于位置的阻抗控制实现机械臂的力柔顺操作；

驱动模块根据规划的期望关节角度，驱动所述机械臂完成任务轨迹。

作为该技术方案的改进，所述步骤还包括系统对双臂之间公共力的分解。

作为该技术方案的改进，所述对公共力的分解的方法包括采用主从分解模式。

作为该技术方案的改进，所述主从分解模式包括通过给定其中一机械臂的末端期望操作力/力矩F_ea＝[f_ex,f_ey,f_ez,τ_ex,τ_ey,τ_ez]^T，进而可求解得到另一机械臂的末端期望力/力矩为其中，F_L表示负载所受环境的广义力；表示负载所受地球的广义重力，F_IL表示负载的广义惯性力，Γ_a、Γ_b分别代表两个机械臂的抓取矩阵。

作为该技术方案的改进，所述对公共力的分解的方法包括采用共享分解模式。

进一步地，所述共享分解模式包括将两个机械臂同等看待，采用伪逆法求解负载受力平衡方程，可得到：