[发明专利]机器人及其柔性控制方法与装置

权利要求书

1.一种机器人柔性控制方法，其特征在于，包括：

基于机器人关节的期望角度、期望角速度、期望角加速度，计算所述关节的期望力矩；

在所述关节的实际力矩与所述期望力矩的差值的绝对值大于预设阈值的情况下，利用弹簧质量阻尼模型，基于所述期望角度、所述期望角速度、所述期望角加速度、所述关节的实际角度、所述关节的实际角速度，控制所述关节的实际额外角加速度；

基于所述实际额外角加速度和所述期望角度，控制所述关节的实际角度轨迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于机器人关节的期望角度、期望角速度、期望角加速度，计算所述关节的期望力矩，通过以下公式来实现：

τ＝D(q)q″+H(q,q′)+G(q)+τ_f

其中，τ表示所述期望力矩；q表示所述期望角度；q′表示所述期望角速度；q″表示所述期望角加速度；τ_f表示摩擦力矩；D(q)是n×n的正定对称矩阵，是q的函数；H(q,q′)是n×1离心力和科氏力；G(q)是n×1重力矢量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用弹簧质量阻尼模型，基于所述期望角度、所述期望角速度、所述期望角加速度、所述关节的实际角度、所述关节的实际角速度，控制所述关节的实际额外角加速度通过以下公式来实现：

q_额外″＝(Δτ-K(q_a-q)-D(q_a′-q′))/M+q″

其中，在所述关节的实际力矩τ′大于所述期望力矩τ与所述预设阈值δτ之和时，Δτ＝τ′-(τ+δτ)，在所述关节的实际力矩τ′小于所述期望力矩τ与所述预设阈值δτ之差时，Δτ＝τ′-(τ-δτ)；q表示所述期望角度；q′表示所述期望角速度；q″表示所述期望角加速度；q_a表示所述关节的实际角度；q_a′表示所述关节的实际角速度，q_额外″表示所述关节的实际额外角加速度；K表示刚性系数；D表示微分系数；M表示积分系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述实际额外角加速度和所述期望角度，控制所述关节的实际角度轨迹，通过以下公式来实现：

q_a＝q+∫∫q_额外″

其中，q_a表示所述关节的实际角度；q表示所述期望角度；q_额外″表示所述关节的实际额外角加速度。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述关节的实际力矩与所述期望力矩的差值的绝对值变为小于所述预设阈值的情况下，基于所述期望角度、所述期望角速度、所述期望角加速度、所述关节的实际角度、所述关节的实际角速度、所述关节的实际角加速度，将所述关节的实际角度逐步调整回到所述期望角度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述关节的实际角度的调整步长通过以下公式来确定：

Δq＝K(q-q_a)+D(q′-q_a′)+M(q″-q_a″)

其中，Δq表示所述关节的实际角度的调整步长；q表示所述期望角度；q′表示所述期望角速度；q″表示所述期望角加速度；q_a表示所述关节的实际角度；q_a′表示所述关节的实际角速度，q_a″表示所述关节的实际角加速度；K表示刚性系数；D表示微分系数；M表示积分系数。