[发明专利]间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法、系统和装置

权利要求书

1.一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法，其用于判断六轴机械臂是否与其他物体发生碰撞，其特征在于，所述碰撞检测方法包括如下步骤：

S1：获取具有未知负载的六轴机械臂的物理模型；

S2：采集所述六轴机械臂的各个关节的运动数据，根据所述运动数据计算所述六轴机械臂的负载估计值；所述负载估计值的具体计算方法如下：

S21：构建自适应函数；所述自适应函数τ_L表达为：

式中，为自适应回归矩阵，ε为模型预测误差；

S22：计算自适应律矩阵；所述自适应律矩阵采用以下公式计算：

式中，u为遗忘因子，ρ_m为防止负载估计发散而设置的更新率上界，λ_max为Γ_L(t)的最大特征值；

S23：构建基于广义动量的间接参数自适应律，将所述运动数据作为输入，在所述间接参数自适应律中计算出负载估计值；所述间接参数自适应律表达为：

式中，为自适应律估计速率的上界，为饱和函数，为投影映射函数，和分别为闭集的内部和边界；为时的指向外侧的单位法向量；

S3：获取外力观测器模型，将所述负载估计值、所述运动数据输入所述外力观测器模型中，得到外力估计值；

S4：判断每个关节的所述外力估计值是否小于一个预设的外力阈值，若存在任意一个关节的外力估计值超出所述外力阈值，则视为发生了碰撞；否则视为未发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法，其特征在于，在步骤S1中，所述六轴机械臂的物理模型表达为：

式中，τ为关节驱动力矩，q、和分别表示关节角度、角速度和角加速度，M(q，β_m，β_L)为机械臂的惯性矩阵，为离心力与科氏力矩阵，G(q，β_m，β_L)为重力矩阵，为摩擦力，β_m为机械臂本体的系统参数，β_L为负载相关参数，β_f为摩擦力相关参数，τ_e为碰撞力矩。

3.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法，其特征在于，在步骤S21中，所述自适应函数的构建方法如下：

S211：定义广义动量为：对所述广义动量进行参数线性化，得到：

式中，和分别表示通过广义动量求得的机械臂本体的系统参数集β_m和负载参数集β_L对应的回归矩阵；

S212：对所述广义动量求导并参数线性化，得到：

式中，和分别表示通过广义动量的导数求得的机械臂本体的系统参数集β_m、负载参数集β_L和摩擦力参数β_f对应的回归矩阵；

S213：令为β_L的估计值并定义用于估计的模型预测误差，所述模型预测误差表达为：

式中，τ_f、分别为τ、经滤波器后的输出值，分别为经滤波器后的输出值；

S214：根据所述模型预测误差构建基于所述广义动量的自适应函数。

4.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法，其特征在于，在步骤S3中，所述外力观测器模型表达为：

式中，为广义动量的负载估计值，r为外力矩的观测值，K₁、K₂和K₃均为外力观测器的正定对角增益矩阵。

5.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法，其特征在于，在步骤S4中，所述外力阈值设置为：

r_mi＝τ_maxi+τ_mari

式中，r_mi为关节i对应的外力阈值，τ_maxi为关节i自由运动且无碰撞时的最大干扰力矩，τ_mari为安全裕量。