[发明专利]一种闭链式多臂机器人柔顺控制方法

说明书

本发明涉及一种闭链式多臂机器人柔顺控制方法，属于机器人控制领域。该方法采用笛卡尔阻抗控制系统，内环为笛卡尔位置控制，外环为阻抗控制器，并在笛卡尔阻抗控制系统中引入同步控制思想，根据机械臂与物体、机械臂与机械臂之间的运动约束关系，设计以绝对位姿误差、同步位姿误差以及耦合位姿误差作为输入的同步阻抗控制器，从而实现闭链式多臂机器人系统的协调柔顺特性，进而保证多臂末端位姿的同步柔顺性。本发明可以提高系统控制精度、确保系统安全性与稳定性，为多臂机器人的共融技术提供了便利。

技术领域

本发明涉及机器人的控制，尤其涉及一种闭链式多臂机器人柔顺控制方法。

背景技术

当多臂机器人力封闭情况下完成一个操作任务时，不仅需要保证机械臂的安全性，还需要保证操作物体的安全性，单臂柔顺控制可以保证机械臂的末端操作安全，但是当多个机械臂同时操作物体时，由于机械臂期望位姿和实际位姿之间存在误差，物体存在受力过大或者过小的可能性，导致物体的安全性将无法保证。近年来，随着力控制的需求越来越大，多臂协调问题的研究也逐渐从纯位置控制、主从控制、力/位混合控制发展到了阻抗控制阶段。在多臂紧协调操作任务中，为了保证系统的整体安全性，纯位置控制方法对多臂的运动学参数要求非常高，这需要对机械臂的运动学参数进行很好的标定，同时对于机械臂控制需要精确的模型，因此这种控制方式仅适用于系统的位置柔性较大的情况；在位置控制模式下，为了协调多臂机器人之间的运动，主从控制方式被提出，但是该方法的控制器为两个，两个控制器之间通过协调器进行数据之间的交换，因此多条臂之间的控制命令存在耦合，不利于操作稳定；力/位混合控制在多臂协调中存在力控制和位置控制之间转换的问题，尤其在操作状态发生变化的情况时，多臂系统力控制和位置控制存在阶跃跳变的情况；相反，阻抗控制通过不断调整刚度系数，有效地避免了在状态切换过程中力或者位置控制的跳变情况。然而，单纯的阻抗控制方法忽略了机器人多臂的相对误差，导致两者的叠加误差不断累积，进而严重影响多臂的操作性能。因此不适用于实现物体与多臂机器人之间相对位置和接触力的协调控制。

发明内容

针对国内外相关技术存在的问题和缺陷，提出一种用于处理具有阻抗特性的闭链式多臂机器人的位姿同步性问题的控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种闭链式多臂机器人柔顺控制方法，机器人有n条机械臂，序号为i＝1,…,I；所述控制方法具体步骤如下：

步骤S10，由机械臂操作任务计算机械臂i末端期望接触力；

步骤S11，通过安装在机械臂i末端六维力矩传感器测量机械臂i末端实际接触力；

步骤S12，由所述机械臂操作任务计算机械臂i末端期望位姿；

步骤S13，通过机械臂关节角度传感器测量机械臂i关节绝对角度；

步骤S14，向闭链式多机械臂同步阻抗控制器中引入所述机械臂i末端期望操作力、机械臂i末端实际接触力、机械臂i末端期望位姿和机械臂i关节绝对角度数据；

步骤S15，根据所述闭链式多机械臂同步阻抗控制器得到机械臂期望加速度；

步骤S16，根据所述闭链式多机械臂同步阻抗控制器得到机械臂期望速度；

步骤S17，根据所述闭链式多机械臂同步阻抗控制器得到械臂同步协调期望位姿。

步骤S18，实现机械臂闭环控制。

进一步的，所述步骤S14的具体过程如下：

步骤S1400，根据所述机械臂i末端实际接触力和机械臂i末端期望接触力得到机械臂i的末端力误差，并将所述机械臂i的末端力误差引入到机械臂i末端阻抗控制器中；

步骤S1401，通过所述机械臂i末端阻抗控制器得到所述阻抗期望加速度；