[发明专利]一种面向建筑板材安装的双臂机器人力位混合控制方法

说明书

大型建筑工程如机场、博物馆、站房等，对板材安装作业双臂机器人装备有迫切的需求。针对待安装板材尺寸大、重量大、作业环境复杂且需对接触力进行控制的特点，本发明提供了一种面向建筑板材安装的双臂机器人力位混合控制方法。该方法结合阻抗与模糊控制方法，对主臂采用阻抗控制，从臂采用模糊变阻抗控制方法。双臂协作控制系统提供通信及数据传输功能，从臂在每个周期内都可根据主臂的实时位置与姿态信息，协同主臂进行板材装配。本发明可以可用于建筑作业双臂机器人的协作控制，保证板材的安装位置准确，并且运行高效平稳。

技术领域

本发明属于建筑作业及机器人技术领域，特别涉及一种面向建筑板材安装的双臂机器人力位混合控制方法。

背景技术

双臂机器人在执行板材安装作业时，由于板材与墙壁等外界工作环境发生接触而产生力。这种接触力作用在机器人末端执行器上时可能导致其损坏，进而使得安装任务无法完成。因此不仅要控制双臂机器人的位置，还要控制机器人末端执行器与环境之间的接触力。目前机器人力控制策略可以分为阻抗控制和力位混合控制，阻抗控制的安装过程平稳但位置精度不高，力位混合控制策略虽然具有较高的安装精度但是在力位切换时会引起抖动；同时，传统的机器人力控制方法一般与动力学相联系，需要基于精确系统模型进行控制设计。因此研究合适的双臂机器人控制方法，对于实现高精度的板材安装作业具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种面向建筑板材安装的双臂机器人力位混合控制方法，实现板材安装过程中位置和力的控制，以保证板材的位置安装精度和平稳的运行过程。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种面向建筑板材安装的双臂机器人力位混合控制方法，包括以下步骤：

S1、在给出期望的主臂位置后，根据主臂末端的六维力传感器采集到的接触力数据以及期望位置设计主臂-板材阻抗控制器，计算出主臂末端指令位置；根据编码器获得的主臂末端位置数据和主臂-从臂位置约束关系，计算出从臂的期望位置；

S2、使用从臂末端的六维力传感器采集到的接触力数据，通过模糊逻辑系统将从臂与板材间的接触力或力矩信息转化为从臂-板材阻抗模型中的刚度偏移系数；

S3、根据从臂的接触力期望值、从臂-板材阻抗模型和刚度偏移系数，利用从臂末端的六维力传感器采集到的实时接触力数据，设计从臂-板材变阻抗控制算法，从而求取从臂的位移偏移量，并进一步获得从臂的指令位置。

本发明中，主臂的输入是期望位置，反馈数据是角度编码器测量的机器人角度信息和主臂末端的六维力传感器采集到的接触力数据，主臂-板材阻抗控制器采用阻抗方法；从臂的输入是采集的主臂末端实际位置，反馈数据是角度编码器测量的机器人角度信息和从臂末端的六维力传感器采集到的接触力数据，从臂位置控制器采用变刚度控制方法。

进一步地，步骤S2中，首先根据从臂末端的六维力传感器采集到的接触力以及接触力期望值，求出接触力误差e_f以及接触力误差变化量Δe_f；然后对接触力误差e_f以及接触力误差变化量Δe_f进行模糊化，并按照刚度偏移系数模糊推理规则，求出刚度偏移系数的模糊值；最后根据阻抗偏移系数清晰化计算，得到刚度偏移系数ΔK。

进一步地，所述接触力误差e_f的计算公式为：

e_f＝f_t-f_d