[发明专利]新型智能化主从机械手力反馈控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种新型智能化主从机械手力反馈控制方法及系统，该方法包括以下步骤：获取从动臂的驱动电机的输出力矩，计算从动臂负载，根据静力学原理，计算从动臂负载所需的主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出力矩，根据主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出力矩控制主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出电压，实现从动臂负载反馈。本发明的新型智能化主从机械手力反馈控制方法及系统有益效果在于：利用实时静力学解算，实现了无机械平衡的从动臂负载反馈的效果；从动臂末端没有安装力传感器的情况下，通过从动臂电机力矩计算出负载质量大小。

技术领域

本发明属于核设备机械控制技术领域，具体涉及一种新型智能化主从机械手力反馈控制方法及系统。

背景技术

在核用操作设备中需要用机械手从动臂远距离操作放射性物体，人员则通过机械手贯穿件在安全区域操作，且应能时刻感知机械手从动臂的操作状态，即从动臂无负载时人员很轻便操作主动臂，当从动臂有负载时人员应可感受实际负载，以使人员真实感受操作对象。

传统的机械臂控制方法中，设计者通过受力分析找到一个固定的平衡位姿，然后采用机械平衡的方式将机械手臂摆动过程中的重力矩进行平衡，如采用杠杆原理的重锤式，利用线性度较好的各类弹簧及机械机构实现综合的力矩平衡。而在实际应用场景中，由于机械加工的误差以及传动链上齿轮的间隙，机械平衡系统不可避免产生偏差，同时串联式机械臂结构会使得这一偏差逐关节累加。此外，由于机械平衡机构在设计制造完成后无法修改，如果要改变平衡位姿则需要重新设计机械机构，而新的平衡位姿仍然是固定的，不能实时平衡遥操作过程中机械手臂的重力矩，因此难以实现轻松操作主动臂的效果，操作人员不能准确感受从动臂的反馈力。由于辐照环境下各类传感器易失效，因此在热室中的从动臂上不能安装力觉传感器，当从动臂携带负载或者与环境发生碰撞时，控制系统无法获得从动臂与外界的交互力信息，因此难以在主动臂反应出从动臂的负载力或者碰撞力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种新型智能化主从机械手力反馈控制方法及系统，该方法为基于静力学解算的主从机械手的友好操作力感的控制方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种新型智能化主从机械手力反馈控制方法，机械手包括主动臂、与主动臂连接的从动臂，主动臂和从动臂为同构的串联型关节式机械臂，包括机械传动手臂和对应的电控器件，具有多个自由度，每个自由度分别设置对应的驱动电机及编码器，用于驱动机械传动手臂运动及监测各运动姿态。此外主动臂在机械传动手臂和伺服电机之间设有扭矩传感器，用于监测各自由度扭矩状态。机械传动手臂、扭矩传感器(主动臂端)、伺服电机和编码器依次串联连接，且扭矩传感器(主动臂端)、伺服电机和编码器置于非放射性环境。所述方法包括以下步骤：

获取从动臂的驱动电机的输出力矩，计算从动臂负载，根据静力学原理，计算从动臂负载所需的主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出力矩，根据主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出力矩控制主动臂的各个驱动电机的负载反馈输出电压，实现从动臂负载反馈。

优选的是，所述的新型智能化主从机械手力反馈控制方法，还包括以下步骤：

获取主动臂在任意时态的姿态，所述步骤计算从动臂负载还包括结合获取主动臂的姿态计算从动臂负载。

优选的是，计算从动臂负载所用算法为负载辩识算法。

优选的是，所述的新型智能化主从机械手力反馈控制方法，还包括以下步骤：

获取主动臂在任意时态的姿态，实时计算重力补偿所需的主动臂的驱动电机的重力补偿输出力矩，根据主动臂的驱动电机的重力补偿输出力矩控制主动臂的各个驱动电机的重力补偿输出电压，实现主动臂的重力补偿。

优选的是，主动臂在任意时态的姿态为主动臂在任意时态的各关节的关节角。

优选的是，实时计算重力补偿所需的主动臂的驱动电机的重力补偿输出力矩所用算法为重力补偿算法。