[发明专利]一种多自由度机械臂柔性控制方法和系统

说明书

一种多自由度机械臂柔性控制方法和系统，属于多自由度机械臂控制技术领域，解决如何在机械臂末端工具改变时，仅通过负载参数辨识的方式得到负载重力和重心位置，自动进行负载参数补偿的问题；根据机械臂特性进行运动学建模，辨识机械臂末端工具负载参数，包括重力和重心位置，获取六维力传感器力反馈，进行工具负载参数补偿；补偿后力数据代入柔性控制策略模块，计算的位姿偏移量并调整机械臂实时插补目标轨迹点，调整后的目标轨迹点逆解后发送到机械臂关节，采集机械臂运动过程中的关节位置和速度，自动进行负载参数补偿控制；方案在末端工具改变时，只需通过负载参数辨识的方式得到工具重力和重心位置，自动进行负载参数补偿，提高工作效率。

技术领域

本发明属于多自由度机械臂控制技术领域，涉及一种多自由度机械臂柔性控制方法和系统。

背景技术

当前机械臂可以代替人工完成许多复杂且精细的操作任务，传统机械臂通过示教空间位置点的方式完成具体任务，此时机械臂末端一般处于自由空间，即机械臂末端与外部无刚性接触，这种方式对位置控制的精度要求很高，如搬运和码垛机器人。对于机械臂末端与外部有刚性接触的情况，如打磨任务要求机械臂末端和操作目标保持恒力接触；装配任务要求机械臂不仅要控制末端工具到达精确的位置，还要求和环境避免刚性碰撞；当位置控制出现偏差或存在扰动时，末端与外部之间作用力增大，导致机械臂关节承受力矩增大，如果超过力矩限定值，会损坏机械臂结构甚至造成安全事故。在这些任务中，机械臂都需要表现出不同程度的柔性特性。

现有技术中，公开号为CN111216136A、公开日期为2020年6月2日的中国发明专利申请《一种多自由度机械手臂控制系统、方法、存储介质、计算机》具体公开了：建立坐标系；进行建立的坐标系之间的变换，将坐标点的参考系由上一个转换为下一个，确认末端点的位置坐标；确定ID6190旋转模块的旋转角度，使得机械手臂正向面对目标点，求解个各选转模块的旋转角度；通过对轨迹进行微分，逐段求解，然后通过调用机械手臂底层的控制接口实现整个联动控制过程；使用自带的EV-MRobot三维仿真系统和Matlab的机器人工具箱，显示七自由度机械手臂的位姿。

上述中国发明专利申请的技术方案虽然在联动运动过程进行优化，提高机械手臂联动的稳定性，减少了抖动，但是并未解决在机械臂末端工具改变时，如何自动进行负载参数补偿的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何设计一种多自由度机械臂柔性控制方法和系统，在机械臂末端工具改变时，仅通过负载参数辨识的方式得到负载重力和重心位置，自动进行负载参数补偿。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明的目的在于提供一种机械臂柔性控制系统和方法，以满足上述背景技术中提出的需求。基于末端六维力传感器的柔性控制系统可以降低机器人结构的复杂度和成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多自由度机械臂柔性控制方法，包括以下步骤：

S1、根据机械臂连杆参数，采用MDH方式建立各关节坐标系，获得相邻两关节坐标系的齐次变换矩阵,进而计算获得机械臂运动学模型；再根据建立的机械臂运动学模型进行关节角度和末端位置姿态值之间相互求解；

S2、辨识安装在机械臂的六维力传感器的负载末端参数，通过建立负载重力分量与重力矩分量及重心坐标关系方程，读取若干组末端不同姿态下的力传感器数据，采用最小二乘法辨识负载参数；

S3、实时获取力传感器数据，并补偿负载末端参数影响，获得负载末端实际所受外力，并建立末端任意位置姿态下，末端实际所受外力与负载参数及传感器数据的关系式；

S4、将补偿后的力数据，代入柔性控制策略模块，计算的位姿偏移量并调整机械臂实时插补目标轨迹点，将调整后的目标轨迹点逆解后发送到机械臂关节；