[发明专利]一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制方法及系统

说明书

本公开公开的一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制方法及系统，包括：获取机器人的各关节角度和关节力矩；将获取的各关节角度和关节力矩代入动量观测器的动态方程中，获取机器人各关节的外力矩；将各关节角度和外力矩代入末端接触力计算模型中，获取机器人的末端接触力；根据机器人的末端接触力判断机器人末端是否发生碰撞；当判断发生碰撞时，将发生碰撞时的关节角度伺服误差代入机器人末端可变刚度控制律模型中，获得所需的末端关节力矩，通过所需的末端关节力矩对机器人末端进行控制。实现了对机器人末端接触力的检测，根据末端接触力判断机器人末端是否发生碰撞，降低发生碰撞的机器人的末端接触力，保护机器人与人体安全。

技术领域

本发明涉及机器人碰撞控制技术领域，尤其涉及一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在如核电运行维护、大飞机生产制造等工业领域，存在大量操作流程复杂、工作强度大、灵活性要求高的作业任务，由于受到工作空间、特殊环境等因素限制，大型机器人和设备难于进入和发挥作用，只能依靠单人作业执行任务。可穿戴外肢体机器人可在上述受限环境、复杂工况下，通过机械肢体与人类肢体的对接融合、互助协作实现单人作业能力的增强，其技术应用前景也十分广阔。

为支持可穿戴外肢体机器人的研制，实现复杂作业过程中机器人辅助操作，首先要保证人机交互过程中的安全性，在碰撞发生时，进行碰撞检测，从撞击事件中收集最大数量的物理信息，例如接触位置和强度，以使机器人以最合适的方式做出反应，能处理机器人与人类之间碰撞的安全保护策略是今后人机交互进行辅助作业的基础。发明人发现现有的碰撞检测方法可分为两类：使用外部传感器和不使用外部传感器。其中无传感器碰撞检测只关注于外部力矩的估计，而出于对人体安全性的考虑，接触力的估计才是关键。为使接触力检测更具实用性，不仅要估计作用点位于末端的接触力，还需要估计发生在杆件上的碰撞力的大小，而由于柔性力传感器造价高昂，要想使用力传感器对机器人全身碰撞检测无疑会极大的提高使用成本。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制方法及系统，实现了对机器人末端接触力的检测，并能够根据检测的末端接触力判断机器人末端是否发生碰撞，进而对发生碰撞的机器人末端进行控制，降低末端接触力，保证机器人与人体安全。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制方法，包括：

获取机器人的各关节角度和关节力矩；

将获取的各关节角度和关节力矩代入动量观测器的动态方程中，获取机器人各关节的外力矩；

将各关节角度和外力矩代入末端接触力计算模型中，获取机器人的末端接触力；

根据机器人的末端接触力判断机器人末端是否发生碰撞；

当判断发生碰撞时，计算发生碰撞时的关节角度伺服误差，将发生碰撞时的关节角度伺服误差代入机器人末端可变刚度控制律模型中，获得所需的末端关节力矩，通过所需的末端关节力矩对机器人末端进行控制。

第二方面，提出了一种可穿戴外肢体机器人碰撞响应控制系统，包括：

数据获取模块，用于获取机器人的各关节角度和关节力矩；

外力矩估计模块，用于将获取的各关节角度和关节力矩代入动量观测器的动态方程中，获取机器人各关节的外力矩；

力矩/力转换模块，用于将各关节角度和外力矩代入末端接触力计算模型中，获取机器人的末端接触力；

碰撞判断模块，用于根据机器人的末端接触力判断机器人末端是否发生碰撞；