[发明专利]一种人机协作机械臂的碰撞识别方法

权利要求书

1.一种人机协作机械臂的碰撞识别方法，其特征在于，所述碰撞识别方法包括：

利用基于PD控制的通用关节力矩控制器计算关节力矩命令值，并将所述关节力矩命令值发送至关节驱动器以控制机械臂执行期望轨迹规划动作；所述关节力矩命令值为所述关节力矩控制器在PD控制率作用下对期望关节力矩、期望关节转速和期望关节转角三个通道同时进行控制时所需要的力矩值；所述期望关节力矩为采用机械臂关节逆动力学模型计算机械臂沿期望轨迹运动时的力矩；所述机械臂关节逆动力学模型为结合惯性力、科氏力、重力、以及非线性摩擦力的力矩计算模型；所述非线性摩擦力包括静摩擦力、线性粘性摩擦力和非线性粘性摩擦力；

实时计算所述期望关节力矩与所述关节力矩命令值之间的关节力矩偏差值；

根据所述关节力矩偏差值计算碰撞能量值，并当所述碰撞能量值大于设定阈值时按照五阶多项式曲线规划机械臂的关节转角以控制机械臂执行避让动作；所述五阶多项式曲线为q(t)＝k₀+k₁t+k₂t²+k₃t³+k₄t⁴+k₅t⁵；其中，k_j,j＝0,...,5为关节轨迹规划参数；所述关节轨迹规划参数的值是根据虚拟反弹策略方程组计算得到；所述虚拟反弹策略方程组为

q(0)为机械臂在发生碰撞时的关节转角，为机械臂在发生碰撞时的关节转速，为机械臂在发生碰撞时的关节角加速度，q⁺、分别为机械臂在发生碰撞时的关节转角、关节转速和关节角加速度，T为机械臂执行避让动作所需要的时间，q(T)为机械臂执行避让动作时的关节转角，为机械臂执行避让动作时的关节转速，为机械臂执行避让动作时的关节角加速度。

2.根据权利要求1所述的碰撞识别方法，其特征在于，所述碰撞识别方法还包括：

当所述碰撞能量值小于或者等于所述设定阈值且当所述碰撞能量值小于或者等于所述设定阈值的持续时间大于设定时间时，辨识非线性关节摩擦力模型参数，并根据辨识确定的所述非线性关节摩擦力模型参数对应的补偿方式对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；所述非线性关节摩擦力模型参数包括：关节正转方向静摩擦力、关节反转方向静摩擦力、关节正转方向线性粘性摩擦系数、关节反转方向线性粘性摩擦系数、关节正转方向非线性粘性摩擦系数、关节反转方向非线性粘性摩擦系数。