[发明专利]一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法

摘要

本发明属于工业机器人控制领域，具体提供了一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法，旨在解决机械臂与环境的接触过程中，机械臂与环境之间接触力的柔顺控制问题。在设计的柔顺机构‑串联弹性执行的基础上，首先，设定期望的接触力；其次，通过自复位线性位移传感器间接采集接触过程中的实际接触力；然后，将期望的接触力与实际的接触力做比较后，经过PD力控制器得出位移偏差量；最后，结合读取的电机实际位置，以及重力的前馈补偿，控制电机下一步到达的位置，使得弹簧压缩量保持恒定值，进而实现恒力控制。本方法无需使用昂贵的力传感器即可实现对机械臂末端接触力的控制，使得运用工业机器人进行加工工件时，变得更为简单、方便，同时力控制精度更高，大大降低企业的生产成本。

主权项

1.一种基于串联弹性执行器的六关节机械臂接触力控制方法，包括如下步骤：Step1：设定期望的接触力Fd；Step2：获取接触过程中的实际接触力Fs；Step3：串联弹性执行器开环传递函数为通过对速度环化简，k_vp＝J_mω_sc，k_vi＝B_mω_sc，单轴伺服机电一体化简化模型为简化后系统的闭环传递函数模型为其中，J_m为电机转动惯量，B_m为电机阻尼系数，k_s为弹簧的弹性系数，N为电机旋转运动转换成直线位移的转换系数，k_pp为位置环的比例系数，ω_sc为速度环的截止频率，k_vp为速度环的比例参数，k_vi为速度环的积分参数，k_p为力控制器的比例系数，k_d为力控制器的微分系数；Step4：确定串联弹性执行器重力的大小mg，同时算出不同姿态下重力与接触力方向之间夹角α的余弦值cosα；得出估计重力补偿量为其中m为串联弹性执行器的质量，g为重力加速度；Step5：设计PD力控制器，其传递函数为C(s)＝kp+kds；Step6：将步骤Step1中的期望接触力Fd和步骤Step2中的实际接触力Fs作比较后，输出给步骤Step5中的PD控制器，得出位移增量Yout＝(kp+kds)(Fd‑Fs)，s为拉氏变换复变量算子；Step7：获取电机的当前实际位置p；Step8：将步骤Step7中的位移增量Yout与步骤Step8中的电机实际位置p以及估计重力的补偿量相加，作为输出信号输出信号μ₁给电机，从而控制电机下一步到达的位置，使得弹簧的压缩量保持恒定值，进而实现恒力接触。