[发明专利]一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法

说明书

本发明提供了一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，基于形似控制将人类运动动作转化为仿人双臂机器人运动规划，并基于神似控制实现所述仿人双臂机器人作业时每条机械臂的末端柔顺特性与人相似。本发明不仅仅能够有效借鉴人类在非结构化环境中开展任务操作时的运动经验，通过形似控制实现机器人非结构环境中的快速规划，也能够借鉴了人手臂运动与刚度的变化规律，基于人的运动意图在线修改末端柔顺控制参数，从而使机械臂在与环境或操作目标接触时表现出与人类似的柔顺特性，从而提升非结构环境下仿人双臂安防机器人作业任务的执行效果。

技术领域

本发明一种机器人运动规划与柔顺控制的方法。本发明更具体地涉及一种应用于仿人双臂安防机器人的模拟人类开展作业的运动控制方法。

背景技术

机器人技术作为最具有研究和发展价值的技术之一，已经被广泛应用于各行各业中，成为了目前高度重视的研究方向。机器人产业正在全球范围内加速发展，2015年全球机器人行业及相关服务市场规模已突破100亿美元，到达2020年将增长至超过300亿美元。

随着信息技术的迅猛发展，智慧城市的概念油然而生，安防机器人作为综合人工智能、自动控制等技术的综合体已经占了越来越重要的地位。

尽管安防机器人越来越重要，然而其运动仍存在着不灵活不协调的问题。而人类在进行具体的操作任务时，会根据任务目标位置，目标环境情况以及具体的作业任务内容等利用多年训练与经验总结产生一组合理的运动控制方案。当人手臂未与环境或目标发生接触时，可以直接依据视觉感知生成最优动作进行运动；当人手臂与环境或目标接触时，人会根据神经系统和运动系统智能综合协调，并结合接触力/力矩改变运动动作，从而高质量的完成任务。

中国发明专利第201210143001.2号公开了一种仿人机器人手臂作业动态稳定控制方法，该方法通过辅助臂的最优分解动量运动实现机器人作业的动态稳定，保证机器人的全面稳定性：不跳动、不倾倒、不滑动，自动附带保证规划出的辅助臂关节角速度不超限，依据物理原理通过嵌入式高速计算机精密控制和调整机器人的动态稳定性，计算精确，安全可靠，反应迅速，使得机器人作业臂执行高速大范围复杂智能作业时能保持动态稳定。

中国发明专利第201510391934.7号公开了一种机器人笛卡尔空间轨迹的规划方法，通过建立连杆坐标系，由运动学建模分析方法得正运动学方程；通过机器人所具有的向量几何性质和轨迹规划的形位要求，求解主控关节和中间关节的转动角度；利用运动学建模分析方法，利用已求解的关节转动角度，寻求含有已引入变量的关系算式，求解相应关节的转动角度；当任务空间存在障碍时进行轨迹规划，通过向量几何法判定其是否为可达位姿；规划耦合位置信息的可连续时变姿态，进而完成规划任务。该方法避免了产生增根、筛选匹配有效解；可以有效规避奇异路径，同时可以避免和优化由关节空间规划出的末端轨迹复杂的缺陷等。

上述方法虽然能够实现机器人运动的动态稳定，并能够实现运动规划，但无法保证其运动动作与人类似。而其当机械臂与外界环境发生接触时，上述方法无法保证其运动特性与人类似。

发明内容

本发明的目的是提出一种结合形似与神似的七自由度机器人仿人运动控制策略，使机器人能够在非结构环境中像人一样实现复杂操作任务。

本发明的技术方案如下。

一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，操作人员穿戴动作采集器，利用机器人头部视觉远程观察作业环境，并基于自身经验进行运动；

步骤S2，基于人体的运动状态通过形似控制得到所述仿人双臂机器人的规划信息；

步骤S3：在形似控制的基础上，进行神似控制，使所述仿人双臂机器人表现出与人类相似的作业性能。