[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

说明书

本发明提供了一种面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法，包括以下步骤：双臂协调控制系统根据松协调任务的特点建立了完整的协调约束关系，通过分析了双臂协调系统的动力学特性，建立了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。该方法根据汇榫任务的特点建立完整的协调约束关系，确保机械臂按照期望的轨迹运动且实现对双臂间相对误差的控制，通过对零空间中的运动进行规划，实现对冗余关节阻抗的控制和避关节运动极限。

技术领域

本发明涉及机器人技术的双臂协作控制领域，尤其涉及一种面向汇榫工艺的冗余双臂机器人协作控制方法。

背景技术

与单个单臂机器人以及两个单臂机器人所构成的控制系统相比，冗余双臂机器人在面对工业现场等复杂的场景中，具有适用范围广、协作能力强、可靠性高等独特的优势。作为冗余双臂机器人系统的关键技术，冗余双臂机器人协调控制方法已成为研究热点之一。

木工艺中的汇榫工艺即试装，把做好的榫汇入卯中，看两构件垂直度等来决定榫卯的修整程度，使对应的榫卯松紧度合适，对应构件结合紧密。

对于冗余双臂机器人的协调控制，目前大多数采用位置和力混合控制方法或阻抗控制方法，专利[CN106695797A]公开了一种基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法，采用主从式和共享式策略进行负载的公共力分解，得到两个机械臂的期望操作力，进而提出了双臂协同操作的主从式力柔顺控制方法和共享式力柔顺控制方法，其中单臂控制模块采用基于位置的阻抗控制，实现机械臂的力柔顺操作。

发明内容

目前，本领域一般的阻抗控制方法，对双臂机器人强耦合的特点考虑较少，对操作任务分解后转换为独立的单机械臂控制问题，没有对双臂间的相对误差进行控制，不利于精细化操作；并且存在位置和力混合控制方法存在不稳定及易受外界干扰等问题。

为解决上述方法不足，本发明提供了一种面向汇榫工艺的双臂机器人协作控制方法，包括以下步骤：

双臂协调控制系统根据松协调任务的特点建立了完整的协调约束关系，通过分析了双臂协调系统的动力学特性，建立了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。

驱动模块根据关节空间轨迹控制机械臂完成汇榫任务。

作为该技术方案的改进，所述步骤还包括双臂协调系统的动力学分析。

作为该技术方案的改进，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。

作为该技术方案的改进，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。

进一步地，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

进一步地，所述的逆运动学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：