[发明专利]基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统，属于机器人控制领域，方法包括：基于动力学方程建立双机器人的状态空间控制模型；根据当前时刻各机器人的状态变量和输出变量，利用自适应变阻尼控制方法计算交互力力矩值，用以更新状态空间控制模型中的交互力力矩项；以各机器人对应的输出变量相同为优化目标，联合输出变量满足的状态约束和输入约束，利用非线性模型预测控制算法建立带约束的优化问题，以求解状态空间控制模型中的运动力矩；分别将各交互力力矩与运动力矩叠加以得到相应的合力矩，根据合力矩中对应于各机器人的力矩值驱动相应的机器人。实现双机器人协同加工作业，保证双机器人同时加工的稳定性。

技术领域

本发明属于机器人控制领域，更具体地，涉及一种基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，传统制造模式正逐步向更加智能、高效的方向发展，以机器人代替机床的加工方式在工业上被广泛采用。传统机床加工效率低，采用多机器人多工位协同加工，能有效的提升加工效率。多机器人同时作业时，机器人与机器人之间具备着一定的几何关系和交互力关系，保持机器人之间的相对位置与相对力的关系是保证协作质量好坏的关键。通过实施多机器人同步控制方法，可以有效保证多个机器人之间的运动状态和交互力状态维持恒定，对提升制造精度与质量具有重要意义。

传统机器人控制方法通常包括PID运动控制方法和阻抗力控制方法。PID运动控制方法通过运动学反解和PID运动反馈来保证运动状态收敛到参考值；阻抗力控制方法通过机器人的位置与力的刚度模型将力误差转换为机器人的运动误差从而实现力跟踪控制。对于双机器人加工任务，机器人需要在法向上满足接触力恒定，在切向上保证运动速度恒定，双机器人的运动位置需要保持对称，力要平衡，即需要同时满足运动和力的多目标需求。因此，传统的单一目标的控制器无法满足多机器人加工的需求，很难保证双机器人加工系统的稳定性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统，其目的在于实现双机器人协同加工作业，消除双机器人之间的相对误差，保证双机器人同时加工的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法，包括：S1，以所述双机器人的交互力力矩和运动力矩为输入变量，以关节角度和关节角速度为状态变量，以各所述机器人在三维空间中的末端位姿、末端速度和末端所受的外力为输出变量，基于动力学方程建立双机器人的状态空间控制模型；S2，根据当前时刻各所述机器人的状态变量和输出变量，利用自适应变阻尼控制方法计算交互力力矩值，并将所述状态空间控制模型中的交互力力矩更新为所述交互力力矩值；S3，以各所述机器人对应的输出变量相同为优化目标，联合所述输出变量满足的状态约束和输入约束，利用非线性模型预测控制算法建立带约束的优化问题，以求解所述状态空间控制模型中的运动力矩；S4，分别将各所述交互力力矩与所述运动力矩叠加以得到相应的合力矩，根据所述合力矩中对应于各所述机器人的力矩值驱动相应的机器人。

更进一步地，所述状态空间控制模型为：

τ＝τ_u+τ_v