[发明专利]一种基于示教学习的协作搬运控制系统及方法

说明书

本发明公开一种基于示教学习的协作搬运控制系统及方法。协作搬运系统包括机械臂、六维力/力矩传感器、动作捕捉系统定位点、PC上位机。机械臂为具有运动控制功能的多轴机械臂，六维力/力矩传感器用来进行交互力的测量，安装在机械臂末端，动作捕捉系统定位点贴在被搬运物体和人手上，使用动作捕捉系统获取定位点位置，从而获取目标位姿，PC上位机与机械臂可进行实时通信，机械臂在PC上位机的控制指令下和人一起完成协作搬运任务。本发明搭建的变刚度协作搬运系统，结合示教学习和导纳控制建立机械臂末端变刚度控制模型，实现柔性搬运操作；基于交互力阈值实现搬运任务的切换，平衡了机械臂搬运的柔顺性和目标位置精度，可以很好满足作业要求。

技术领域

本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种基于示教学习的协作搬运控制系统及方法。

背景技术

随着制造加工自动化的程度越来越高，加工和装配的零件越来越多样化，随之而来的是各种零件的搬运问题。目前工厂中搬运方式多使用龙门吊，使用范围有限、定位精度低、迟滞和惯性较大，影响搬运的效率和准确性，而目前逐渐发展的人机协作搬运控制复杂，搬运的柔性和位置精度得不到很好保证。

中国发明专利CN 102229147A,机器手控制装置及其控制方法、机器人，其特征在于包括作业姿势信息获取单元,获取作业姿势信息；危险程度算出单元,算出人在搬运物体时的危险程度；刚性控制单元,根据危险程度控制机器手的刚性。该发明专利不会由于搬运物体而对人施加负担，能够实现安全的机器人控制，但是这种方式只能实现简单的搬运操作，无法根据场景变换快速适应。

综上所述，目前工厂中的搬运方式效率低，使用范围有限，而现有的协作搬运控制方法适应场景能力有限。协作搬运因为和人交互，一定的柔顺性可以减小交互内力，但同时柔顺性较大会造成目标位置精度得不到保证，所以提高协作搬运的效率需要很好平衡搬运的柔顺性和目标位置精度。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于示教学习的协作搬运控制系统，该系统由示教学习建立的轨迹概率模型修正后作为参考轨迹，叠加变刚度系数的导纳控制，实现协作搬运的柔性搬运，并且保证搬运的位置精度，可以很好满足协作搬运作业需求。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于示教学习的协作搬运系统，其特征在于：包括

机械臂：具有运动控制功能的多轴机械臂；

六维力/力矩传感器：用来进行交互力的测量，安装在机械臂末端

动作捕捉系统定位点：贴在被搬运物体和人手上，用于获取目标的位姿

PC上位机：与机械臂、六维力/力矩传感器和动作捕捉系统可进行实时通信；运行过程中，机械臂在PC上位机的指令下携带抓取手进行协作搬运操作，所述PC上位机搭建的控制系统基于ROS平台。

在上述的一种基于示教学习的协作搬运系统，所述六维力/力矩传感器通过交互力反馈实现协作搬运的柔性交互。

一种基于示教学习的协作搬运方法，该搬运方法采用的设备包括机械臂、六维力/力矩传感器、动捕定位点和PC上位机，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、修正示教学习所得轨迹概率模型，将轨迹概率模型起点和终点的协方差矩阵进行缩小；

步骤2、以修正后的轨迹概率模型为参考轨迹，叠加变刚度系数导纳控制，刚度系数根据轨迹点对应的高斯分布设定；

步骤3、计算示教数据中交互力模长的均值和协方差得到交互力满足的高斯分布，选定交互力阈值在6个标准差处；