[发明专利]一种苹果采摘机器人末端执行器抓取力主动柔顺控制方法

摘要

本发明公开了一种苹果采摘机器人末端执行器抓取力主动柔顺控制方法，属于采摘机器人控制技术领域，该抓取力控制方法特征在于由苹果采摘机器人末端执行器上配置的力传感器以及编码器采集得到作用于抓取对象上的作用力和以及位置变换量，将采集得到的位移和力作为变遗忘因子的递归最小二乘法辨识器的输入，对阻抗控制器刚度系数进行在线辨识，并且根据二阶阻抗控制器的输出结果实时自动调整适应于不同环境要求的阻抗控制器的刚度参数。该控制方法可以有效降低采摘机器人对苹果的抓取损伤率，并且提高机器人在野外工作的抗干扰能力。

主权项

1.一种苹果采摘机器人末端执行器抓取力主动柔顺控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1 采用力传感器得到末端执行器作用在苹果上的抓取力f，采用位置编码器得到位移变换量Δx；利用力传感器和位置编码器对f、Δx进行采样，采样次数为N，且N＞3；步骤2 根据检测得到的抓取力和位移量数据，利用辨识器对等效刚度系数keq进行在线辨识，其中，在辨识器中引入变遗忘因子的递归最小二乘法对等效刚度系数进行辨识，将变遗忘因子设为关于测量值与计算值误差的函数，使遗忘因子能随着抓取力误差的变换而自动调整；将末端执行器与苹果发生碰撞时的动力学模型简化为一阶导纳模型：f＝keq·Δx；其中，f为力传感器检测的抓取力，Δx为位置编码器测量的位移变换量，keq为所求取的等效刚度系数；步骤3 通过等效刚度公式得到阻抗控制刚度参数，利用辨识得到的等效刚度系数keq对阻抗控制器刚度系数进行调整，所述的阻抗控制器为：其中，m_t，b_t，k_t分别是阻抗控制器的惯性系数，阻尼系数和刚度系数，x_r是设定的加速度，速度和位移，x是实际的加速度，速度和位移；f_e，f_r是实际的抓取力和给定的抓取力；步骤4 将阻抗控制器输出的位置量与给定的位置信号进行叠加得到位置控制器的输入信号，通过位置控制器输出驱动电机的电压信号；位置控制器为增量式PID控制器：其中，u(t)，u(t‑1)分别表示第t，t‑1次采样时刻位置控制器的输出，e(t)，e(t‑1)，e(t‑2)分别是第t，t‑1，t‑2次采样时刻的偏差值，kp为比例控制增益，T、TD、T1分别是PID控制器采样时间，微分时间，积分时间；步骤5 将位置控制器输出的电压信号转变为力矩电机的驱动信号，用于控制电机的工作，执行抓取任务。