[发明专利]一种机器人碰撞响应方法

说明书

本发明公开了一种机器人碰撞响应方法，首先，构建观测器，根据机器人的外力矩输出监测值r。然后，在碰撞发生时，将外力矩监测值r根据其方向和大小信息映射为关节角速度增量。最后，利用碰撞前一点位的角速度，计算得到碰撞后的撤离点位。本发明的机器人碰撞响应方法，基于位置模式，碰撞响应时无需切换控制模式，不存在模式切换的时间延迟；且撤离距离可控，并且若在碰撞发生时记忆碰撞点，可控制机器人在障碍物消失时，安全返回碰撞点，继续后续任务执行。本发明可应用于机器人碰撞响应技术领域中。

技术领域

本发明涉及碰撞检测技术领域，特别涉及一种机器人碰撞响应方法。

背景技术

机器人协作在各个生产领域广泛应用。机器人存在因误操作和机器故障而与人或环境发生碰撞的可能性，为确保人机安全，碰撞检测和碰撞响应成为协作机器人不可或缺的功能模块。

检测到碰撞后，最为简单直观的响应策略是停止机器人，但该方法无法解决挤压式碰撞的安全问题。现有技术中的其他碰撞响应策略，如零力响应、反射控制、弹性振荡响应等，都要求将机器人的控制模式切换至力矩模式才能进行碰撞响应，由于机器人在位置模式下沿既定轨迹运行，模式切换存在一定延时。

发明内容

本发明目的在于提供一种机器人碰撞响应方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种机器人碰撞响应方法，包括以下步骤：

步骤S1：构建观测器，根据机器人的外力矩输出监测值r；

步骤S2：碰撞发生时，将外力矩的监测值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。

本发明所提供的机器人碰撞响应方法，至少具有如下的有益效果：根据外力矩监测值的方向和大小来进行碰撞响应，碰撞响应策略基于位置模式，碰撞响应时无需切换控制模式，不存在模式切换的时间延迟。

作为上述技术方案的进一步改进，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)代表下一周期控制器下发点位，T为运行周期。

通过上述技术方案，可以根据外力矩监测值映射为关节角速度增量，从而计算得到撤离点位，然后下发给控制器，控制机器人进行碰撞响应。

作为上述技术方案的进一步改进，调整阻尼系数K_r，以设定撤离距离。通过上述技术方案，撤离距离可通过设定阻尼系数K_r来控制，撤离距离可控使得碰撞响应动作更贴合需求，机器人能够更灵活地适应不同工况。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤S1具体地：首先，构建机器人动力学模型，并辨识动力学参数；然后，建立广义动量观测器；接着，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；最后，设定阈值。通过上述技术方案，在广义动量观测器传递函数模型的基础上串联高通滤波器，构成以带通滤波器为传函模型的二阶观测器，相比于传统的广义动量观测器，提高了碰撞检测的灵敏性，降低了检测延时，并且提高了高频冲击信号的检测效果，使得碰撞响应能够更好地应对冲击力。