[发明专利]一种机器人碰撞响应方法

权利要求书

1.一种机器人碰撞响应方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：构建观测器，根据机器人的关节外力矩得到观测器输出监测值r；

所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S1.1：构建机器人动力学模型，并辨识动力学参数；

步骤S1.2：建立广义动量观测器；

所述步骤S1.2具体地：首先，列出观测器输出监测值r和关节外力矩τ_ext的监测关系式：

广义动量观测器采用惯性环节作为传递函数模型，观测器输出监测值r与关节外力矩τ_ext关系如下：

上式中，r为观测器输出监测值，K₀为增益系数，τ_ext为关节外力矩；

然后，推导广义动量与关节外力矩的关系：

上式中，M为惯性矩阵，C为离心力和科里奥利力矩阵，G为重力项，τ_f为摩擦力矩，均由动力学参数辨识得到；q代表关节位置参数，τ_m为关节驱动力矩；

令上式改写为：

上式表明了与τ_ext呈线性关系；

观测器模型下，考虑动力学和摩擦模型误差，令结合机器人动力学模型可得：

根据上述过程，可得出输出信号r(t)与关节外力矩τ_ext时域关系式如下：

步骤S1.3：在广义动量观测器基础上串联高通滤波器，建立二阶观测器；

所述S1.3具体地：

在广义动量观测器基础上串联高通滤波器，得到带通滤波器传函模型如下：

等式两边同时积分，得到如下关系式：

r(t)＝∫[K₁(τ_ext-r)-K₂r-∫K₁K₂rdt]dt

结合上式和步骤S1.2所得的观测器输出监测值r与关节外力矩τ_ext表达式以及机器人运动学模型表达式，得到时域关系式：

将广义动量观测器和带通滤波器观测器进行离散化，以q、τ_ext作为输入，r作为输出，实现广义动量观测器算法以带通滤波器为传函模型的二阶观测器的算法构建；

步骤S1.4：设定阈值；

步骤S2：碰撞发生时，将关节外力矩的观测器输出监测值r根据其方向和大小信息映射为关节角速度增量；

步骤S3：利用碰撞前一点位的角速度，计算得到碰撞后的撤离点位。

2.根据权利要求1所述的机器人碰撞响应方法，其特征在于：所述步骤S2具体地：关节角速度增量如下式所示：

上式中的K_r代表阻尼系数；

所述步骤S3具体地：撤离点位以下式计算：

上式中，q(t)代表当前点位位置参数，q_d(t+1)代表下一周期控制器下发点位，T为运行周期。

3.根据权利要求2所述的机器人碰撞响应方法，其特征在于：调整阻尼系数K_r，以设定撤离距离。

4.根据权利要求1所述的机器人碰撞响应方法，其特征在于：所述步骤S1.1具体地：利用牛顿拉格朗日法构建机器人动力学模型，模型线性化，建立回归方程，得到最小参数集；使用傅里叶级数设计激励轨迹，获取轨迹点位；控制器下发轨迹点位，采集编码器以及电机电流参数值；数据经转换以及滤波处理得到关节位置、速度、加速度参数和电机驱动力矩；基于加权最小二乘法，将采样数据代入线性回归阵，辨识动力学参数。

5.根据权利要求1所述的机器人碰撞响应方法，其特征在于：所述步骤S1.4具体包括以下步骤：

步骤S1.4.1：选定增益系数K₀：设定不同的K₀值，采集无外力情况下，机器人沿既定轨迹重复运行时，二阶观测器的输出值；综合考虑检测延迟和灵敏性，选定合适的K₀；

步骤S1.4.2：采集无外力情况下跑机时观测器在[0,T]时间内的输出值，根据输出值的最大值和最小值设定阈值。