[发明专利]一种基于外力观测器的机械臂安全碰撞策略

摘要

本发明公开一种基于外力观测器的机械臂安全碰撞策略，该机械臂安全碰撞策略首先建立外力干扰下的柔性关节机械臂动力学模型，并对其进行受力分析；采用双编码器的方法来采集电机端和连杆端的角度信息，该外力观测器里需要对关节位置与速度的测量，而不需要检测加速度或惯性矩阵的逆矩阵，即可反映电流输入；对于多自由度的机械臂，广义动量p和矢量η的计算需要递推或迭代方法，通过该观测器可以对外力矩或外力进行检测，并依据观测器的观测值设定了动态阈值，当观测值超过动态阈值的限定范围，控制系统即认为碰撞发生，为保证操作人员和机器人的安全，将立刻切换到碰停模式，实现在不同运动速度下的安全反应。

主权项

1.一种基于外力观测器的机械臂安全碰撞策略，其特征在于，具体包括下述步骤：步骤1：利用拉格朗日函数建立机械臂动力学模型；步骤2：建立外力干扰下柔性关节机械臂动力学模型，并对其进行受力分析；步骤3：采用双编码器的方法采集电机端角度θ和连杆端角度q和连杆端角速度步骤4：将步骤3中得到的电机端角度θ和连杆端角度q输入到外力干扰下柔性关节机械臂的动力学模型中，得到由动力学模型计算而来的关节接触转矩τo和外力矩等效到关节上的力矩τext；步骤5：将步骤3中得到的速度和步骤4中得到的关节接触转矩τ_o和外力矩等效到关节上的力矩τ_ext带入到动力学模型中，得到机械系统的广义动量p；步骤6：将步骤5中得到的广义动量p输入到动力学模型中，并串联一个高通滤波结构，最终得到优化的外力观测器方程r；步骤7：根据步骤6中所得到的优化的外力观测器方程r来判断是否有外力，如果r＝0，有外力，r≠0，则无外力；步骤8：设置动态阈值；当出现高于动态阈值的一个或多个残差的突变证明该时刻发生碰撞，采取安全机制停止机械臂停止；否则没有发生碰撞，不采取安全机制。