[发明专利]一种机器人浮动控制方法、装置及系统

说明书

本发明提供的一种机器人浮动控制方法、装置及系统，机器人本体包括多个用于实现机器人本体动作的电机，机器人控制器对机器人运动的运动学计算和轨迹规划，通过控制总线将运动指令发送给电机驱动器，电机驱动器控制电机运行，实现关节的运动控制，与机器人本体之间通过编码器读取所述电机的位置信息和电流信息计算电机转矩，机器人控制器计算外作用力，并按照力位混合控制结构进行控制，在力闭环和位置闭环之间通过选择矩阵进行切换，机器人控制器进行浮动控制时由矩阵选择切换到力控制模式进行控制，通过检测电机的位置、电流等信息，检测机器人本体与外作用力，在不降低机器人关节刚度和不增加系统成本的基础上，实现工业机器人浮动控制。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别涉及一种机器人浮动控制方法、装置及系统。

背景技术

在一些工业加工领域，机器人常常参与到工具的注塑、压制等过程中，这时常常要求工业机器人能够随着加工工件的形变而柔顺运动，这种技术被称为“浮动控制技术”，属于力控制的一种。

早期的工业机器人力控制一般采用六维力/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作用力。

由于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

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机器人浮动控制方法、装置及系统。

本发明实施例中提供一种机器人浮动控制系统，包括机器人控制器、电机驱动器及机器人本体，所述机器人本体包括多个用于实现机器人本体动作的电机，所述机器人控制器和所述电机驱动器之间采用控制总线连接，所述电机驱动器与所述电机采用动力线连接；

所述机器人控制器，用于机器人运动的运动学计算和轨迹规划，通过控制总线将运动指令发送给电机驱动器；

所述电机驱动器，用于控制电机运行，实现关节的运动控制，与所述机器人本体之间通过编码器读取所述电机的位置信息和电流信息计算电机转矩，所述机器人控制器计算外作用力，并按照力位混合控制结构进行控制，在力闭环和位置闭环之间通过选择矩阵进行切换，所述机器人控制器进行浮动控制时由矩阵选择切换到力控制模式进行控制，以完成浮动控制操作。

可选地，所述电机为伺服电机。

本发明实施例中提供一种机器人浮动控制方法，包括：

获取电机位置和电流信息；

利用所述电机位置和电流信息计算电机转矩；

计算外作用力并按照力位混合控制结构进行控制；

在力闭环和位置闭环之间选择所需矩阵进行切换；

在进行浮动控制时将矩阵选择切换到力控制模式，以实现浮动控制操作。

可选地，所述利用所述电机位置和电流信息计算电机转矩，包括：

当转子永磁磁场在气隙空间分布为正弦波，定子电枢绕组中的感应电势也为正弦波，忽略定子铁心饱和，配置磁路线性和电感参数不变，不计算铁心涡流与磁滞等损耗，采用转子磁场定向控制时将电机的转矩方程简化为：

其中τ_m为电机转矩，n_p为极对数，ψ_f为磁场系数，i_sq为q轴电流；