[发明专利]一种基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法及系统。

背景技术

早期的工业机器人力控制传感器一般采用六维力/力矩传感器，这种传感方式的力控制力检测精度高，控制方法简单，适用于机器人装配、打磨等应用场合。但由于六维力/力矩传感器安装在机器人末端法兰，往往不能满足对各个连杆的碰撞保护检测，且传感器价格昂贵，限制了其应用的推广。近年来，随着技术的进步，采用关节转矩传感器的力控制方式得到越来越多的应用，这种传感方式将关节转矩传感器安装在关节位置，可以检测机器人任意位置与外部环境发生的碰撞。但关节传动机构自身具有柔性，关节转矩传感器的安装又增加了关节的柔性，当机器人进行运动控制时，柔性的增加使机器人的关节位置控制精度降低，进而影响整个机器人的位置控制精度，甚至不能有效跟随给定轨迹，使机器人性能出现明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法及系统中，用以解决现有技术的不足，通过关节转矩传感器实现机器人的力控制和力保护，通过双编码器检测机器人运动控制和力控制过程中的关节柔性形变，并将其补偿到机器人的控制量中，提高机器人运动控制和力控制时的关节控制精度，进而提高整个机器人的轨迹精度。

本发明解决上述技术问题，提供如下解决的技术方案：

一种基于转矩传感器和编码器的机器人控制系统，该系统包括电机、编码器、转矩传感器和减速器，其中，所述电机为机器人的执行单元，用于实现机器人的关节控制，所述编码器包括与电机相连接且用于测量机器人关节处电机旋转角度的电机编码器、与转矩传感器相连接且用于测量转矩传感器输出角度的输出编码器；所述转矩传感器设置在减速器的输出端，用于测量机器人关节处的转矩；所述减速器设置在电机和输出编码器之间，用于控制减速电机旋转；所述输出编码器设置在转矩传感器的输出端，所述电机编码器设置在电机的输出端，所述电机的另一端与减速器相连接。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制系统中，所述转矩传感器采用关节转矩传感器，用于测量机器人关节处的关节转矩，用于机器人力控制和力保护。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制系统中，所述减速器采用谐波减速器，其中，关节转矩传感器与谐波减速器之间采用齿口配和，螺栓连接。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制系统中，所述输出编码器的基板与电机的外壳连接固定，所述电机控制器与机器人控制器相连接。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制系统中，所述输出编码器的脉冲发生器与关节转矩传感器相连接，实现编码器的转动。

本发明还包括一种基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法，该方法包括如下步骤：

S1、通过电机编码器和输出编码器分别采集测量的电机旋转角度θ₁和测量关节转矩传感器的输出角度θ₂；

S2、所述电机编码器测量的电机旋转角度θ₁和输出编码器测量关节转矩传感器的输出角度θ₂通过第一公式计算得出所述电机编码器和输出编码器的角度差，即关节柔性形变量Δθ；

S3、所述电机编码器测量的电机旋转角度θ₁、关节柔性形变量Δθ和机器人控制器的角度给定端输入量θ_d通过第二公式计算出控制输入量θ；

S4、所述控制输入量θ通过输入电机控制器，便于电机控制器控制电机的旋转角度。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法中，所述第一公式为计算电机编码器和输出编码器的角度差得到关节柔性形变量Δθ＝Kθ₂-θ₁，其中，K为减速器的减速比。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法中，所述第二公式为计算输入电机控制器的控制输入量θ＝θ_d-Δθ-θ₁。

在本发明的基于转矩传感器和编码器的机器人控制方法中，通过所述电机编码器和输出编码器的角度差，用于测量电机、减速器、关节转矩传感器在整个传动环节的柔性形变量，通过将该柔性形变量补偿到机器人控制器的控制量中，提高机器人关节和轨迹的控制精度。