[发明专利]基于导纳控制算法的机器人控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于导纳控制算法的机器人控制方法及系统。方法包括以下步骤：获取作用在操作器上的引导力，并根据导纳系数和所述引导力计算机械臂的末端的目标速度；获取所述末端的当前速度，并根据所述当前速度和所述引导力计算所述末端的加速度；将所述目标速度和所述加速度输入所述控制器以控制所述机械臂。本发明通过引导力与速度和加速度的匹配，实现机器人的柔顺控制，响应速度和灵敏度大大提高，保证了操作的沉浸感和真实感，适用于需要在狭小或者是复杂曲面空间进行操作的机器人。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种基于导纳控制算法的机器人控制方法及系统。

背景技术

目前，商业化的人机交互型机器人主要采用阻抗控制和导纳控制两种方法。阻抗控制是指输入位移而输出力的控制方式，其更适合刚性环境下的动态交互。导纳控制是研究输入力与输出速度之间的关系问题，更适合于柔性环境相互交互或者是在自由环境中进行操作的场景。导纳控制更加符合人的操作直观感受，可提高操作的沉浸感和真实感，更适合于拖拽等应用场景，因此较适合应用于医疗机器人。

现有导纳控制算法是通过多维力传感器获取操作者作用在机械臂的末端的操作器上的力/力矩信息，以此作为控制器的输入，控制器的输出结果就是速度命令即位置增量。但是当操作于狭小或者是复杂曲面空间如进行关节置换手术的假体磨削空间时，需要更灵敏和快速的响应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的导纳控制算法不能满足机器人在狭小或者是复杂曲面空间进行操作的速度和灵敏度的要求的缺陷，提供一种基于导纳控制算法的机器人控制方法及系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种基于导纳控制算法的机器人控制方法，所述机器人包括机械臂和控制器，所述机械臂的末端设有操作器，所述机器人控制方法包括以下步骤：

获取作用在所述操作器上的引导力，并根据导纳系数和所述引导力计算所述末端的目标速度；

获取所述末端的当前速度，并根据所述当前速度和所述引导力计算所述末端的加速度；

将所述目标速度和所述加速度输入所述控制器以控制所述机械臂。

较佳地，所述机器人控制方法，还包括：

根据以下函数计算所述导纳系数：

其中，G表征导纳系数；v_t表征所述当前速度；v₁、v₂为速度阈值；k₁、k₂为参数。

较佳地，k₁的取值范围为0～0.05；

k₂的取值范围为0.005～1；

v₁的取值范围为0m/s～0.1m/s；

v₂的取值范围为0.1m/s～1m/s。

较佳地，所述机器人控制方法，还包括：

根据以下公式计算所述加速度：

其中，a_t表征所述加速度；f表征所述引导力；B表征所述引导力的阻尼系数；v_t表征所述当前速度；M表征所述操作器的质量。

较佳地，所述机器人控制方法还包括：

判断所述目标速度是否大于目标速度阈值；

在判断为是时，调整所述目标速度，直至所述目标速度等于所述目标速度阈值。