本申請涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)器人導(dǎo)納控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時往往面臨不穩(wěn)定的工件或外部干擾，例如不規(guī)則形狀的物體、不確定的摩擦力或外力擾動等?；谌我庾鴺?biāo)系的導(dǎo)納力控制可以提供更高的控制精度和準(zhǔn)確性，使機(jī)器人能夠在不同坐標(biāo)系下對力的大小、方向和時間變化進(jìn)行精確控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的力控制并避免不受控制的運(yùn)動或失穩(wěn)。這對于一些對精確力控制要求較高的任務(wù)非常重要，例如醫(yī)療手術(shù)、精密組裝或材料加工等。此外，導(dǎo)納力控制還可以提高機(jī)器人操作的安全性，通過及時檢測和響應(yīng)外部力的變化，避免對人體或周圍環(huán)境造成損害。

2、在相關(guān)技術(shù)中，專利cn112959337a中利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算每個切割路徑點處的切割工具和牙齒矯治器的相對坐標(biāo)，并將路徑信息導(dǎo)入到機(jī)器人控制器中，根據(jù)切割效果進(jìn)行位置補(bǔ)償。缺陷是直接根據(jù)切割效果進(jìn)行誤差補(bǔ)償，且該方案中并未敘述兩者之間明確的關(guān)系。專利cn116160439a中利用導(dǎo)納控制和積分控制算法，根據(jù)工具坐標(biāo)系下的接觸力和力矩，獲取工具坐標(biāo)系下的位置補(bǔ)償量，轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)空間的關(guān)節(jié)補(bǔ)償量，對機(jī)器人的關(guān)節(jié)進(jìn)行控制。缺陷一是該方案中只給出了力控坐標(biāo)系為工具坐標(biāo)系的這一種特殊情況，可能會限制在某些特定情況下的應(yīng)用和靈活性。在某些情況下，使用可任意設(shè)定的力控坐標(biāo)系可以更好地適應(yīng)不同的工具和應(yīng)用需求，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性；二是該專利導(dǎo)納力控的參數(shù)只給了剛度和阻尼兩個參數(shù)，相對于我們提出的導(dǎo)納力控少了質(zhì)量(慣性)參數(shù)，控制效果略顯遜色；三是該方案中需要將工具坐標(biāo)系下的位置補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)空間的關(guān)節(jié)補(bǔ)償量，該步驟位置補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)補(bǔ)償量涉及非線性的正運(yùn)動學(xué)逆解計算，這可能引入計算誤差，且復(fù)雜性較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供一種機(jī)器人導(dǎo)納控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)，解決相關(guān)技術(shù)中計算誤差和復(fù)雜性較高的問題。

2、一方面，本申請實施例提供一種機(jī)器人導(dǎo)納控制方法，所述方法包括：

3、通過六維力傳感器實時采集機(jī)器人在基坐標(biāo)系下運(yùn)動過程的環(huán)境力，并確定出在基坐標(biāo)系下的期望軌跡；

4、選定一力控坐標(biāo)系，在力控坐標(biāo)系中根據(jù)環(huán)境力對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)納控制，計算基坐標(biāo)系下期望軌跡和實際軌跡的位姿數(shù)據(jù)；力控坐標(biāo)系經(jīng)過齊次變換矩陣對基坐標(biāo)系變換得到；

5、根據(jù)基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)和期望軌跡，求出機(jī)器人在基坐標(biāo)系下實際運(yùn)動的位姿數(shù)據(jù)。

6、具體的，所述力控坐標(biāo)系為不同與基坐標(biāo)系的任一坐標(biāo)系。

7、具體的，選定力控坐標(biāo)系后，確定力控坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系之間變換的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移關(guān)系向量表示如下：

8、

9、根據(jù)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣確定齊次變換矩陣表示如下：

10、

11、其中和的上標(biāo)0表示基坐標(biāo)系，下標(biāo)1表示力控坐標(biāo)系；齊次變換矩陣的前三行和前三列為坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣

12、具體的，所述在力控坐標(biāo)系中根據(jù)環(huán)境力對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)納控制，包括：

13、基于變換后的力控坐標(biāo)系對環(huán)境力進(jìn)行描述，表達(dá)式如下：

14、

15、其中的1xe、和分別表示機(jī)器人實際位姿、速度和加速度在力控坐標(biāo)系中的表示；m是慣性質(zhì)量參數(shù)，b是阻尼參數(shù)，k是剛度參數(shù)；fe表示傳感器檢測到的環(huán)境外力。

16、具體的，所述計算基坐標(biāo)系下實際軌跡的位姿數(shù)據(jù)，包括：

17、對力控坐標(biāo)中機(jī)器人實際加速度進(jìn)行二次積分，得到在力控坐標(biāo)系下的速度和位姿數(shù)據(jù)，表示如下：

18、

19、其中的和分別表示t時刻的速度和位姿；和1xet+1分別表示t+1時刻的速度和位姿；δt表示積分時間差；

20、將力控坐標(biāo)系下計算的位姿偏差通過齊次變換矩陣轉(zhuǎn)換到基坐標(biāo)系下，獲得基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)。

21、具體的，所述獲得基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)，公式表示如下：

22、基于力控坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系之間變換的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移關(guān)系向量計算基坐標(biāo)系下t+1時刻的位置分量數(shù)據(jù)和姿態(tài)分量數(shù)據(jù)，表示如下：

23、

24、其中的位姿數(shù)據(jù)1xe包括位置分量1pe和姿態(tài)分量1we，0pet+1和1pet+1分別表示基坐標(biāo)系和力控坐標(biāo)系下t+1時刻的位置分量，0wet+1和1wet+1分別表示基坐標(biāo)系和力控坐標(biāo)系下t+1時刻的姿態(tài)分量。

25、具體的，所述根據(jù)基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)和期望位姿，求出機(jī)器人在基坐標(biāo)系下實際運(yùn)動的位姿數(shù)據(jù)，包括：

26、

27、其中的為機(jī)器人在t+1時刻下期望位姿的位置分量在基坐標(biāo)系下的表達(dá)；表示t+1時刻期望軌跡的姿態(tài)所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣，r表示開始導(dǎo)納控制后疊加的姿態(tài)矩陣在基坐標(biāo)系中的表達(dá)。

28、另一方面，本申請?zhí)峁┮环N機(jī)器人導(dǎo)納控制裝置，所述裝置包括：

29、確定模塊，用于通過六維力傳感器實時采集機(jī)器人在基坐標(biāo)系下運(yùn)動過程的環(huán)境力，并確定出在基坐標(biāo)系下的期望軌跡；

30、第一計算模塊，用于選定一力控坐標(biāo)系，在力控坐標(biāo)系中根據(jù)環(huán)境力對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)納控制，計算基坐標(biāo)系下期望軌跡和實際軌跡的位姿數(shù)據(jù)；力控坐標(biāo)系經(jīng)過齊次變換矩陣對基坐標(biāo)系變換得到；

31、第二計算模塊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換到基坐標(biāo)系下的導(dǎo)納控制位姿數(shù)據(jù)和期望軌跡，求出機(jī)器人在基坐標(biāo)系下實際運(yùn)動的位姿數(shù)據(jù)。

32、又一方面，本申請?zhí)峁┮环N計算機(jī)設(shè)備，所述計算機(jī)設(shè)備包括處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由所述處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)上述方面所說的機(jī)器人導(dǎo)納控制方法。

33、又一方面，本申請?zhí)峁┮环N計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述可讀存儲介質(zhì)中存儲有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)上述方面所說的機(jī)器人導(dǎo)納控制方法。

34、本申請實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：允許機(jī)器人在任意坐標(biāo)系下對外部力和力矩進(jìn)行主動調(diào)節(jié)和響應(yīng)。力控坐標(biāo)系的選擇可以根據(jù)具體應(yīng)用和操作需求進(jìn)行調(diào)整，以便更好地感知和調(diào)節(jié)機(jī)器人與工具或環(huán)境之間的力交互。通過基坐標(biāo)系和力控坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將外部力轉(zhuǎn)換到力控坐標(biāo)系下進(jìn)行處理和響應(yīng)，實現(xiàn)柔性的力交互，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和任務(wù)要求，從而提高機(jī)器人在復(fù)雜和不確定的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)器人導(dǎo)納控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述力控坐標(biāo)系為不同與基坐標(biāo)系的任一坐標(biāo)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，選定力控坐標(biāo)系后，確定力控坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系之間變換的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移關(guān)系向量表示如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述在力控坐標(biāo)系中根據(jù)環(huán)境力對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)納控制，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述計算基坐標(biāo)系下實際軌跡的位姿數(shù)據(jù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述獲得基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)，公式表示如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)基坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)和期望軌跡，求出機(jī)器人在基坐標(biāo)系下實際運(yùn)動的位姿數(shù)據(jù)，包括：

8.一種機(jī)器人導(dǎo)納控制裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計算機(jī)設(shè)備，其特征在于，所述計算機(jī)設(shè)備包括處理器和存儲器，所述存儲器中存儲有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由所述處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一所述的機(jī)器人導(dǎo)納控制方法。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲介質(zhì)中存儲有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一所述的機(jī)器人導(dǎo)納控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開機(jī)器人導(dǎo)納控制方法、裝置、設(shè)備及存儲介質(zhì)，涉及機(jī)器人領(lǐng)域，已知機(jī)器人在基坐標(biāo)系下的期望軌跡，通過六維力傳感器實時采集機(jī)器人所感受到的環(huán)境力數(shù)據(jù)，并任選定一力控坐標(biāo)系，在力控坐標(biāo)系中根據(jù)采集到的環(huán)境力對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)納控制，計算出機(jī)器人在力控坐標(biāo)系下由于導(dǎo)納控制產(chǎn)生的位姿，再將力控坐標(biāo)系下的位姿換算到基坐標(biāo)系的位姿，將這個基坐標(biāo)系下的位姿與機(jī)器人在基坐標(biāo)系下的期望軌跡疊加，最后得到機(jī)器人在基坐標(biāo)系下實際運(yùn)動的實時位姿數(shù)據(jù)。該方案可以任選力控坐標(biāo)系，更好地感知和調(diào)節(jié)機(jī)器人與實際作業(yè)環(huán)境之間的力和位置的交互，從而提高機(jī)器人在復(fù)雜和不確定的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：王延玉,林建雄,孫靈碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長廣溪智能制造（無錫）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10