[发明专利]一种机器人自适应变阻尼阻抗控制方法

说明书

本发明提供一种机器人自适应变阻尼阻抗控制方法，包括以下几个步骤：S1.基于牛顿拉格朗日法建立六自由度机器人动力学模型；S2.对所述机器人动力学模型进行线性化表示，并采用加权最小二乘法对所述动力学模型进行参数辨识；S3.参考所述动力学模型，构建二阶变阻尼阻抗控制器；S4.根据任务需求，设计参考轨迹，结合所述动力学模型前馈控制。本发明能够自动适应环境，限制环境接触力超调量，环境接触力与期望力稳态误差收敛为零。

技术领域

本发明涉及工业机器人控制相关技术领域，更具体地，涉及一种机器人自适应变阻尼阻抗控制方法。

背景技术

随着科学、经济的发展，人力成本的攀升，机器人开始广泛应用于制造、汽车、电子和航天航等领域。传统机器人广泛应用于搬运、码垛、喷漆等非接触场合，在这种应用场合往往只需要位置控制，而且精度要求不高。在常见的工业任务中，如抛光、打磨场合，很多工厂还是采用人力的方式，对工人伤害很大，人力成本较高。在这种场合采用位置控制往往达不到期望的柔顺接触效果，容易损害工件、刀具。特别是在精密装配场合，对末端接触力有很高的要求，位置控制容易损坏零件。因此，在接触场合下，必须将接触力作为控制对象引入到控制模型中，综合考虑位置、速度、加速度和接触力输入信号，经过控制器决策，输出考虑实际任务的控制量。

传统的力控制有PD力控制、阻抗控制、力位混合控制等方法。PD力控制不需要对机器人进行建模，具有一定的鲁棒性，可以适用于对接触力精度要求不高的场合。阻抗控制通过将机器人等效为质量阻尼刚度二阶系统，针对特定任务，可调节相应的质量、阻尼和刚度参数，以达到期望的柔顺效果。在工程实际中，往往需要不断调节参数，才能达到可以工作的状态。力位混合控制通过将接触点分为两个状态子空间，进行独立控制，法线方向进行力控制，切线方向进行位置控制。

但传统的控制方法无法自动适应环境的不确定性，如表面误差、凸点、凹槽、刚度等。

发明内容

本发明为克服上述背景技术所述的传统的控制方法无法自动适应环境的不确定性，如表面误差、凸点、凹槽、刚度等的问题，提供一种机器人自适应变阻尼阻抗控制方法。本发明能够自动适应环境，限制环境接触力超调量，环境接触力与期望力稳态误差收敛为零。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机器人自适应变阻尼阻抗控制方法，包括以下几个步骤：

S1.基于牛顿拉格朗日法建立六自由度机器人动力学模型；

S2.对所述机器人动力学模型进行线性化表示，并采用加权最小二乘法对所述动力学模型进行参数辨识；

S3.参考所述动力学模型，构建二阶变阻尼阻抗控制器；

S4.根据任务需求，设计参考轨迹，结合所述动力学模型前馈控制，计算输出力矩；

所述变阻尼阻抗控制器模型表达为下式：

B(t)＝B_init+ΔB(t)

式中，M_d为期望惯量矩阵；B(t)为期望阻尼矩阵；为参考轨迹加速度；为参考轨迹速度；为末端执行器实际加速度状态；为末端执行器实际速度状态；F_r为期望环境作用力；F为实际环境作用力；B_init为初始阻尼值；α为接触力误差增益因子；β为接触力误差一阶微分增益因子。

进一步的，所述六自由度机器人动力学模型为下式：