[发明专利]一种面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法

权利要求书

1.一种面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

双臂协调控制系统根据汇榫工艺的特点建立了完整的协调约束关系，通过分析双臂协调系统的动力学特性，建立双臂协调系统的动力学模型；

单臂控制子系统针对机械臂冗余特性，引入空间弹簧阻尼并联模型，建立关于机械臂轨迹跟踪误差和双臂相对误差的阻抗关系式，设计松协调任务优先级控制方法，在单臂闭环控制的基础上对双臂之间的约束进行控制。

2.根据权利要求1所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述步骤还包括双臂协调系统的动力学分析。

3.根据权利要求2所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述双臂协调系统的动力学分析包括采用位姿变换矩阵进行双臂的正运动求解。

4.根据权利要求2所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述双臂协调系统的动力学分析包括进行逆运动学的求解。

5.根据权利要求4所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述的逆运动学的求解包括采用改进的雅克比伪逆法进行冗余机械臂的运动学逆解，可得到冗余机器臂的运动学逆解为：

式中，为方程的齐次解，α为任意的n*1阶向量，I为n*n的单位矩阵，J⁺为冗余机械臂的雅克比逆矩阵。

6.根据权利要求4所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述的逆运动学的求解包括将操作空间中的期望位置和速度作为闭环反馈量，在改进的雅克比伪逆法基础上，进行冗余机械臂的运动学逆解，可得到冗余机器臂的运动学逆解为：

式中，x_d,分别为机器臂期望的位置和速度，α为任意的n*1阶向量，N(N^TN)^-1N^T为α在零空间上的投影，K_x为位置增益，J⁺为冗余机械臂的雅克比逆矩阵。

对上述的逆运动学求解包括采用梯度投影法进行优化，可得

式中，k为常量系数，H(q)为避关节运动极限性能指标函数，▽H(q)为H(q)的梯度向量。

7.根据权利要求1-6任一项所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述的单臂控制子系统针对机械臂冗余特性，引入了空间弹簧阻尼并联模型，建立了关于机械臂轨迹跟踪误差和双臂相对误差的阻抗关系式，设计了松协调任务优先级控制方法，在单臂闭环控制的基础上对双臂之间的约束进行控制。

8.根据权利要求7所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述的松协调主任务控制方法包括引入了空间弹簧阻尼并联模型，建立了关于机械臂轨迹跟踪误差和双臂相对误差的阻抗关系式，可得

式中，M_d为左(右)机械臂笛卡尔操作空间惯性矩，分别为双臂之间相对位置误差，相对速度误差和相对加速度误差，B_d^*，K_d^*为左(右)机械臂相对右(左)机械臂的阻尼刚度系数，F为机械臂与环境的作用力。

9.根据权利要求8所述的面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，其特征在于，所述的松协调子任务控制方法包括将机械臂操作空间和零空间组合在一起，构成增广操作空间，并对冗余机械臂的驱动力矩进行解耦，可得零空间的关节驱动力矩

其中，J_N为零空间的雅克比矩阵，为增广空间的速度误差分量，为关节空间速度。