[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

说明书

本发明涉及一种间接参数适应的六轴机械臂碰撞检测方法、系统和装置。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：采集六轴机械臂的各个关节的运动数据，根据运动数据计算出负载估计值。S3：将负载估计值、运动数据输入外力观测器模型中，得到外力估计值。S4：判断所有关节的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外力阈值，则视为发生了碰撞。否则视为未发生碰撞。本发明可以有效地估计出负载的大小，降低负载变化对外力估计的影响，使得外力估计值更加准确，提高了碰撞检测方法的准确性和鲁棒性，具有较强的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种六轴机械臂，特别是涉及一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法、一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测系统、一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测装置、一种间接参数自适应的六轴机械臂的控制方法。

背景技术

人机协作作为工业机械臂智能化发展的一个重要方向，它结合了人的灵巧性以及机械臂高速、高精度重复的优势，大大提高了工业机械臂的适应性和智能性。在人机协作过程中，机械臂与人在一个空间内协同作业，当机械臂与人发生碰撞时，不仅会影响工作效率，严重的情况下更会对操作者的生命安全带来严重后果。为保障人和机械臂的安全性，机械臂需要具备碰撞检测能力。

目前，为降低系统的复杂性和硬件成本，常采用基于动力学模型的碰撞检测方法。然而，随着六轴工业机械臂应用领域的扩展，六轴机械臂的末端负载可随时随任务的改变而发生变化。负载的变化会导致较大的模型误差，使得现有的基于固定动力学模型的碰撞检测方法出现漏报或误报的问题。因此，如何有效消除负载变化带来的影响从而提升碰撞检测算法的准确性及鲁棒性是值得研究的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有的六轴机械臂由于负载变化，导致碰撞检测精度不高的问题，提供一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法、系统和装置。

本发明通过以下技术方案实现：一种间接参数自适应的六轴机械臂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：采集六轴机械臂的各个关节的运动数据，根据运动数据计算六轴机械臂的负载估计值。负载估计值的具体计算方法如下：

S21：构建自适应函数。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。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，将运动数据作为输入，在间接参数自适应律中计算出负载估计值。负载估计值通过以下公式计算得到：

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，将负载估计值、运动数据输入外力观测器模型中，得到外力估计值。

S4：判断每个关节的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外力阈值，则视为发生了碰撞。否则视为未发生碰撞。