[发明专利]一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，包括控制端和执行端；其中，

所述控制端包括平板电脑、控制端机器人控制器、协作机器人、六维力传感器和末端手柄，所述末端手柄与六维力传感器电性连接，所述末端手柄与六维力传感器均设置于协作机器人末端，所述平板电脑用于控制系统参数设置与反馈；

所述执行端包括依次电性连接的执行端机器人控制器、工业机械臂和末端执行器，所述末端执行器设置于工业机械臂的末端，所述执行端机器人控制器与控制端机器人控制器无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述控制端机器人控制器包括：

末端重力补偿模块，所述末端重力补偿模块用于实现对人员牵引力的准确测量；

力位及力速控制模块，所述力位及力速控制模块用于给出基于人员牵引力大小和方向的协作机器人运动响应方式；

运动控制模块A，所述运动控制模块A用于控制所述协作机器人的具体运动；

位姿解算模块A，所述位姿解算模块A用于对所述协作机器人末端位姿变换情况进行实时解算。

3.根据权利要求2所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述执行端机器人控制器包括：

位姿解算模块B，所述位姿解算模块B用于解算出所述协作机器人各轴运动控制命令；

运动控制模块B，所述运动控制模块B用于根据位姿解算模块B解算出的协作机器人各轴运动控制命令使工业机械臂做出具体运动响应。

4.根据权利要求3所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述执行端机器人控制器还包括：

安全保护模块，所述安全保护模块用于对工业机械臂运动及反馈负载进行解算，在所述工业机械臂可能进入奇点或最大行程时提前发出警告与保护措施，并在检测到过载时进行保护制动。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述协作机器人为小型六轴机器人。

6.根据权利要求4所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：开机通电，对控制端和执行端进行初始化；

步骤S2：设定协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系为控制策略因子K，并通过平板电脑设置控制策略因子K的值；

步骤S3：对协作机器人控制位姿初始化；

步骤S4：用户以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并在控制端以手握持末端手柄并对其施加牵引力，控制端机器人控制器通过六维力传感器测量末端力，并以末端重力补偿模块对末端力进行处理获得用户的牵引力大小和方向；

步骤S5：通过力位及力速控制模块、运动控制模块A根据牵引力的大小和方向控制协作机器人对牵引力做出响应；

步骤S6：通过位姿解算模块A对末端运动位姿进行解算获得末端的实时位姿参数；

步骤S7：执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿进行采样；

步骤S8：位姿解算模块B根据采样结果及控制策略因子K的值计算获得工业机器人的运动量；

步骤S9：运动控制模块B根据位姿解算模块B的计算结果控制工业机械臂做出相应的运动响应。

7.根据权利要求6所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，控制策略因子K的关系式如下：

式(1)中，为六维力传感器坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Cobot}为协作机器人末端在一个采样周期内的运动量，为工业机械臂的末端坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Robot}为工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量。

8.根据权利要求6所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，所述目视方式为视频监控或VR目视。