[发明专利]机器人运动控制方法、装置和机器人

说明书

本申请实施例提供一种机器人运动控制方法、装置和机器人，该方法包括：根据任务轨迹信息和机器人实时反馈的关节角相关信息计算对应控制周期的期望运动状态信息；利用各个关节角求解对应控制周期的虚拟斥力并根据虚拟斥力计算避限位角相关信息；基于对应控制周期的期望运动状态信息和避限位角相关信息对优化模型求解，得到满足关节平滑避限位且用于执行任务的最优关节角加速度或角速度以用于在对应控制周期控制该机器人运动。本申请可根据每个控制周期的机器人状态，平滑地产生远离关节限位的行为，无需预先规划避撞轨迹，并在自由度满足的情况下，仍能保证规划任务的顺利执行，使得机器人安全稳定地运行。

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人运动控制方法、装置和机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人正逐渐从结构化的环境中走出来，走进动态多变的非结构化环境中。在机器人执行多种复杂任务(机械臂运动跟随、足式机器人质心动量控制等)以及受到各种外界干扰(躲避障碍物撞击、柔顺响应外力拖拽等)时，均有可能产生关节超限位的问题。为此，在机器人在执行任务过程中，如何保证当关节角度接近关节限位时，能够平稳地远离关节限位，是实现机器人在非结构化环境中安全稳定运行的关键。

发明内容

本申请实施例提供一种机器人运动控制方法、装置和机器人，可以实现平稳地远离关节限位，且在自由度足够的情况下，仍保证原有任务能够顺利执行，从而使机器人安全稳定地运行。

本申请的实施例提供一种机器人运动控制方法，包括：

根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，所述关节角相关信息包括各个关节角；

基于反馈的各个关节角求解对应控制周期的各个关节远离限位的虚拟斥力，并根据所述虚拟斥力计算各个关节的避限位角相关信息；

基于对应控制周期的所述期望运动状态信息和所述避限位角相关信息对关节平滑避限位优化模型进行最优求解，以得到满足关节平滑避限位且用于执行任务的关节角加速度或关节角速度；

利用所述关节角加速度或关节角速度生成对应控制周期的关节控制指令，各个控制周期的所述关节控制指令用于控制该机器人运动以完成所述规划的任务。

在本申请的一些实施例中，根据规划的任务轨迹信息和机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息，包括：

根据规划的任务轨迹信息获得机器人在对应控制周期的任务空间的参考运动状态信息；

获取机器人在对应控制周期反馈的关节角相关信息，并根据所述关节角相关信息计算机器人各个关节在任务空间的实际运动状态信息；

根据在任务空间的所述参考运动状态信息和所述实际运动状态信息基于预设关节控制律计算机器人各个关节在对应控制周期的用于执行任务的期望运动状态信息。

在本申请的一些实施例中，所述虚拟斥力的表达式基于关节的关节角和关节限位角范围预先构建，包括：

根据关节限位角范围确定所述关节的角度安全变化的上边界和下边界，以得到所述关节的角度安全范围；

当实际反馈的关节角位于所述关节的角度安全范围内，则所述虚拟斥力为0；当实际反馈的关节角位于所述关节的角度安全范围外，则在所述关节角越接近所述关节限位角范围的上限或下限的情况下，所述虚拟斥力越大且方向远离关节限位方向。

在本申请的一些实施例中，所述避限位角相关信息包括关节的避限位角，所述关节的避限位角与虚拟斥力的关系式基于关节导纳控制构建，所述关系式如下：