[发明专利]一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法

说明书

一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法，针对在较大周期姿态修正量下，机械臂不能平滑加/减运动的问题，修正了现有的分段线性力位控制方法。采用六维力传感器感知外部作用力，获取坐标系各轴每周期姿态目标修正量；并通过将各坐标轴稳定运行时的最大周期姿态修正量增量确定各轴每周期姿态修正量插补步幅基数，最后通过力位转换、插补逼近各轴的周期姿态目标修正量，避免了机械臂启动或停止时，运动状态的改变导致的震荡，实现机械臂力控过程中的平滑运动。

技术领域

本发明涉及一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法，属于控制工程技术领域。

背景技术

机器人是一种大承载、高精度的自动化机械系统，并越来越多的应用到加工及装配领域。但在某些加工装配领域，传统的示教难以满足精度要求、耗时长、环境适应性差。基于力反馈的机器人主动柔顺控制系统由机械臂、机械臂控制柜、安装于机械臂末端的力传感器以及上位机控制系统组成，能够跟随外部作用力进行柔性运动，实现机械臂末端部件姿态的灵活调整。

在机器人柔顺力控制研究中发现：为了实现机械臂的运行速度大小与外部作用力的大小正相关，采用传统的线性映射方法，将外部作用力与机械臂周期姿态修正量进行映射。当外部作用力较小时，通过线性映射得到的姿态周期修正量较小，机械臂可以平稳启动并运行；当外部作用力较大时，得到的姿态周期修正量较大，不仅导致机械臂启动出现震荡以及加/减速器力矩超过额定值而故障停机，同时力传感器由于机械震荡出现数据采集波动，整个系统的鲁棒性较差。

同时，三个坐标轴的加/减速力矩额定值不同。将外部作用力分解到传感器坐标系的X、Y、Z轴，得到各个轴的受力比分别通过线性映射得到对应的轴周期姿态修正量。那么，在一定的作用力取值区域，三个轴不能按照既定占比进行运动平滑加、减速。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，采用机械臂末端受力与周期姿态修正量分段线性映射对机械臂进行柔顺力随动控制过程中，容易出现的运动震荡以及故障停机，单纯依赖理论模型未考虑机械臂各轴的实际额定力矩约束的问题，提出了一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于力反馈的机器人实时运动规划方法，步骤如下：

(1)利用六维力传感器进行数据采集，经重力补偿及坐标变换后获取机械臂基坐标系下X，Y，Z轴的分作用力f_X，f_Y，f_Z，并根据分作用力f_X，f_Y，f_Z获取机械臂基坐标系下的外部作用力f；

(2)根据步骤(1)所得外部作用力f建立外部作用力与机械臂基坐标系下周期姿态目标修正量分段映射关系f(f、v_a、f₁、f₂)；

(3)根据步骤(2)所得映射关系f(f、v_a、f₁、f₂)确定周期修正速度v_a，根据步骤(1)所得分作用力f_X，f_Y，f_Z与外部作用力f的比值，分别映射至X、Y、Z轴上，获取各轴力与周期姿态目标修正量的映射关系f₁(f、f_x、v_ax)、f₂(f、f_Y、v_aY)、f₃(f、f_Z、v_aZ)；

(4)确定机械臂基坐标系下，机械臂三轴各自稳定运行情况下周期姿态修正量增量Δv_X，Δv_Y，Δv_Z，选取最小值Δv并确定对应轴的外部作用力值f_A；