[发明专利]一种基于阻抗控制的力控末端执行器振动抑制方法

权利要求书

1.一种基于阻抗控制的力控末端执行器振动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立力控末端执行器的阻抗关系；

(2)基于动力学模型和步骤(1)中的阻抗关系，建立参考位置和力控末端执行器的传递函数关系，具体步骤如下：

(2-1)所述动力学模型为工业机器人1的动力学方程(IV)、末端执行器的动力学方程(V)和环境的动力学方程(VI)，具体如下：

其中，M是工业机器人的惯量，B是工业机器人的阻尼，K是工业机器人的刚度，X₁是工业机器人末端的位移，X₂是力控末端执行器的位移，是工业机器人末端的速度，是力控末端执行器的速度，是工业机器人末端的加速度；是力控末端执行器的加速度，F是工业机器人和力控末端执行器之间的相互作用力，K_s是环境刚度，B_s是环境阻尼，X_e是环境的位移，M_m是力控末端执行器的惯量，为环境的位移的变化率；

假设环境的位置不发生改变，则环境的位移X_e为零，环境的位移的变化率为零，则方程(VI)表示为：

(2-2)通过拉普拉斯变换，X₁和X₂分别变换为X₁(s)和X₂(s)，和分别变换为sX₁(s)和sX₂(s)，和分别变换为s²X₁(s)和s²X₂(s)，F和F_c分别变换为F(s)和F_c(s)，X_r变换为X_r(s)；其中，s为拉普拉斯变换中的复频率；

故方程(IV)、(V)和(VII)表示为：

(Ms²+Bs+K)X₁(s)＝F(s) (VIII)

F(s)+M_ms²X₂(s)＝F_c(s) (IX)

F_c(s)＝-(B_ss+K_s)X₂(s) (X)；

(2-3)机械阻抗采用力和位移的比值来表示，机械导纳采用位移和力的比值来表示，故工业机器人和力控末端执行器的阻抗和导纳表示为：

Z_s(s)＝B_ss+K_s (XI)

Z_m(s)＝M_ms² (XII)

其中，Y₁(s)是工业机器人的导纳，Y₂(s)是末端执行器动平台的导纳，Z_s(s)是环境的阻抗，Z_m(s)是末端执行器动平台的惯量；

(2-4)根据工业机器人携带力控末端执行器的控制系统得到末端接触力和参考位移的传递函数：

Z_d(s)＝B_ds+K_d (XVI)

其中，H(s)是力控制器，Z_d(s)是阻抗控制器，Z(s)是阻抗匹配控制器；

(3)根据步骤(2)得出的传递函数关系设计阻抗匹配控制器；

(4)将位移信号和速度信号输入阻抗匹配控制器，所述速度信号由位移信号微分得出；

(5)将阻抗匹配控制器作用于工业机器人的力控流程中，利用阻抗匹配控制器对工业机器人输出力进行补偿。