[发明专利]一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统

说明书

本发明属于人机交互相关技术领域，并具体公开了一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统。所述方法包括对人手操作力进行前处理，得到与环境交互力；根据该操作者舒适力和机器人末端实际位姿生成虚阻尼调整策略；根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型以获取与环境交互力和期望力之间的偏差力，并根据该偏差力生成机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量，以此对机器人末端实际位姿进行修正。所述系统包括人机交互模块、人手操作力前处理模块、变导纳控制模块以及机器人末端位置控制模块。本发明根据操作者舒适力与机器人末端速度实时调整导纳控制中的阻尼系数，计算简单，实时性高，提高人机交互的操作感和沉浸感。

技术领域

本发明属于人机交互相关技术领域，更具体地，涉及一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统。

背景技术

机器人具有柔性好、智能化、操作空间大等优势，广泛应用于零件加工、遥操作、医疗机器人领域。机器人在示教、运动控制过程中是否具备良好的顺应性是实现人机共融、柔顺加工、路径引导等一系列智能化功能化的基础。机器人主动顺应控制分为直接力控、间接力控、智能控制，间接力控又细分为阻抗控制与导纳控制。导纳控制相比阻抗控制不依赖机器人的动力学模型而能够提高人机交互过程中的顺应性。机器人在导纳控制下虽然能够顺应人手操作，但是针对一些特殊情况如机器人的启停、突然改变方向等仍会因惯性导致动作不柔顺。由于现有控制方案中导纳控制参数固定，因此操作者施加的力过大或系统受外部干扰时机器人容易因加速度过大导致系统不稳定。过大的阻尼项会增加操作者的负担，阻力项较小时因惯性导致机器人动作难以控制系统不稳定。

因此，在人机协作过程中保证操作者舒适度如何调整机器人导纳控制参数以提高机器人顺应性及抗干扰能力是一个重要的研究问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统，其中结合导纳控制自身的特征以及人机交互的工艺特点，相应的设计了基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统，通过获取机器人与操作者之间的与环境交互力，以根据操作者舒适力与机器人末端速度实时调整导纳控制中的阻尼系数，进而通过调整机器人末端的速度来纠正力偏差，使机器人末端能够在基于操作者舒适力的可变导纳控制下顺应性动作，提高交互过程的沉浸感，具有计算简单，实时性高，提高人机交互的操作感和沉浸感的特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，包括以下步骤：

S1对牵引机器人过程中的人手操作力进行前处理，得到与环境交互力，并将该与环境交互力转换为机器人末端的期望位姿；

S2设定操作者舒适力，根据该操作者舒适力以及机器人末端实际位姿生成虚阻尼调整策略；

S3根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型，该机器人六自由度导纳控制模型用于获取与环境交互力和期望力之间的偏差力，并根据该偏差力生成机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量；

S4根据机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量对机器人末端实际位姿进行修正，以此方式，使机器人末端能够在基于操作者舒适力的可变导纳控制下顺应性动作。

作为进一步优选的，步骤S1中，所述前处理包括滤波处理以及重力补偿处理。

作为进一步优选的，步骤S2中，所述虚阻尼调整策略的计算模型为：

其中，为虚阻尼调整策略，F_std为操作者舒适力，为机器人末端实际位姿速度，D_max为预设的最大阻尼，D_min为预设的最小阻尼。

作为进一步优选的，步骤S3中根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型具体包括以下步骤：