面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法以及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人零力控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方 法W及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前工業(yè)機(jī)器人的示教過程主要依賴于示教器，運(yùn)樣的示教方式具有工作效率 低，過程繁瑣不直觀，對(duì)操作人員知識(shí)水平要求高的特點(diǎn)，因此，有必要設(shè)計(jì)一種直觀高效 的機(jī)器人直接示教系統(tǒng)。直接示教系統(tǒng)的開發(fā)依賴于零力控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前零力控制 技術(shù)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式:基于位置控制的零力控制技術(shù)和基于直接轉(zhuǎn)矩控制的零力控制 技術(shù)。
[0003] 基于位置控制的零力控制技術(shù)需借助于力/轉(zhuǎn)矩傳感器，測(cè)量出施加在機(jī)器人各 關(guān)節(jié)的外力，然后將該外力與經(jīng)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算的力相加并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置指令。由于 該方案需要力/轉(zhuǎn)矩傳感器，所W會(huì)極大提高系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
[0004] 基于直接轉(zhuǎn)矩控制的零力控制技術(shù)，首先通過動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出各關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的重 力及摩擦力，然后控制各關(guān)節(jié)輸出對(duì)應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩，機(jī)器人在外力的作用下克服慣性力而 運(yùn)動(dòng)。運(yùn)樣的控制方式雖然不需要力/轉(zhuǎn)矩傳感器，但對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器提出了更高的要 求?？紤]到機(jī)器人在非直接示教模式下，各關(guān)節(jié)控制器一般工作在非轉(zhuǎn)矩控制模式下，若關(guān) 節(jié)控制器支持轉(zhuǎn)矩控制模式，如果切換機(jī)器人進(jìn)入直接示教模式，則需反復(fù)切換轉(zhuǎn)矩/非轉(zhuǎn) 矩控制模式，運(yùn)不僅增加系統(tǒng)工作量、機(jī)器人控制器與關(guān)節(jié)控制器的數(shù)據(jù)通信量，且易導(dǎo)致 系統(tǒng)不穩(wěn)定;如果關(guān)節(jié)控制器不支持轉(zhuǎn)矩控制模式，則無法實(shí)現(xiàn)直接示教系統(tǒng)的開發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種面向零力控 制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法W及系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩 控制方法，用于在機(jī)器人處于非轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)控制其輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，方法包括：
[0007] S1、建立包含機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器的各種控制模型的模型數(shù)據(jù)庫；
[000引S2、收集并處理關(guān)節(jié)控制器的反饋數(shù)據(jù)，與模型數(shù)據(jù)庫中的控制模型逐個(gè)匹配，識(shí) 別出關(guān)節(jié)控制器的控制模型W及控制模型中的未知參數(shù)的數(shù)值；
[0009] S3、根據(jù)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩；
[0010] S4、根據(jù)步驟S2中識(shí)別的控制模型W及步驟S3中計(jì)算的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，計(jì)算機(jī)器人控 制器下達(dá)給關(guān)節(jié)控制器的非轉(zhuǎn)矩指令，關(guān)節(jié)控制器接收到該非轉(zhuǎn)矩指令后產(chǎn)生一個(gè)與所述 關(guān)節(jié)力矩等效的等效力矩。
[0011] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法中，所述步驟S2包括：
[0012] S21、生成發(fā)送給關(guān)節(jié)控制器的測(cè)試指令，所述測(cè)試指令包括位置指令和/或速度 指令；
[0013] S22、收集并處理關(guān)節(jié)控制器基于所述測(cè)試指令所產(chǎn)生的反饋數(shù)據(jù)；
[0014] S23、基于所述反饋數(shù)據(jù)，與模型數(shù)據(jù)庫中的控制模型逐個(gè)進(jìn)行擬合求解得到各個(gè) 控制模型的未知參數(shù)，將擬合效果最好的控制模型確定為關(guān)節(jié)控制器的控制模型。
[0015] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法中，所述步驟S2與S3之間還包 括：
[0016] S2-3、基于步驟S2中識(shí)別出的控制模型W及參數(shù)，修改控制模型中的部分參數(shù)的 參數(shù)值，W使步驟S4中基于修改后的控制模型計(jì)算所述非轉(zhuǎn)矩指令W及生成所述等效力 矩。
[0017] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法中，所述非轉(zhuǎn)矩指令為速度指 令或位置指令。
[0018] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法中，所述步驟S3包括:根據(jù)機(jī) 器人的關(guān)節(jié)位置、速度及加速度信息計(jì)算機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩。
[0019] 本發(fā)明還公開了一種面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，用于在機(jī)器人處于非轉(zhuǎn) 矩控制模式時(shí)控制其輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)包括：
[0020] 模型數(shù)據(jù)庫，包含機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器的各種控制模型；
[0021 ]模型識(shí)別模塊，用于收集并處理關(guān)節(jié)控制器的反饋數(shù)據(jù)，與模型數(shù)據(jù)庫中的控制 模型逐個(gè)匹配，識(shí)別出關(guān)節(jié)控制器的控制模型W及控制模型中的未知參數(shù)的數(shù)值；
[0022] 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊，根據(jù)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩；
[0023] 模擬轉(zhuǎn)矩生成模塊，根據(jù)步驟識(shí)別的控制模型W及計(jì)算的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，計(jì)算機(jī)器人 控制器下達(dá)給關(guān)節(jié)控制器的非轉(zhuǎn)矩指令，關(guān)節(jié)控制器接收到該非轉(zhuǎn)矩指令后產(chǎn)生一個(gè)與所 述關(guān)節(jié)力矩等效的等效力矩。
[0024] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所述模型識(shí)別模塊包括：
[0025] 測(cè)試指令生成單元，用于生成發(fā)送給關(guān)節(jié)控制器的測(cè)試指令，所述測(cè)試指令包括 位置指令和/或速度指令；
[0026] 反饋數(shù)據(jù)獲取單元，用于收集并處理關(guān)節(jié)控制器基于所述測(cè)試指令所產(chǎn)生的反饋 數(shù)據(jù)；
[0027] 求解單元，用于基于所述反饋數(shù)據(jù)，與模型數(shù)據(jù)庫中的控制模型逐個(gè)進(jìn)行擬合求 解得到各個(gè)控制模型的未知參數(shù)，將擬合效果最好的控制模型確定為關(guān)節(jié)控制器的控制模 型。
[0028] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括：
[0029] 模型修改模塊，用于基于模型識(shí)別模塊識(shí)別出的控制模型W及參數(shù)，修改控制模 型中的部分參數(shù)的參數(shù)值，W使模擬轉(zhuǎn)矩生成模炔基于修改后的控制模型計(jì)算所述非轉(zhuǎn)矩 指令W及生成所述等效力矩。
[0030] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所述非轉(zhuǎn)矩指令為速度指 令或位置指令。
[0031] 在本發(fā)明所述的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所述的根據(jù)機(jī)器人的動(dòng)力 學(xué)模型計(jì)算機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩包括:根據(jù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置、速度及加速度信息計(jì)算機(jī)器 人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩。
[0032] 實(shí)施本發(fā)明的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法W及系統(tǒng)，具有W下有益效果： 本發(fā)明通過辨識(shí)節(jié)控制器的控制模型w及計(jì)算關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩，可w直接計(jì)算出機(jī)器人控制器下 達(dá)給關(guān)節(jié)控制器的非轉(zhuǎn)矩指令，在非轉(zhuǎn)矩控制模式下直接產(chǎn)生所需要的等效力矩，而且在 機(jī)器人支持轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)，不需要反復(fù)切換關(guān)節(jié)控制器的工作模式。
【附圖說明】
[0033] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0034] 圖1是機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是具體實(shí)施例中的一種關(guān)節(jié)控制器控制模型；
[0036] 圖3是本發(fā)明的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制方法的流程圖；
[0037] 圖4是本發(fā)明的面向零力控制的模擬轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0039] 如圖1所示，是機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 現(xiàn)W某具有圖1所示構(gòu)型的機(jī)器人為本發(fā)明的方法實(shí)施對(duì)象，該機(jī)器人系統(tǒng)包括： 機(jī)器人本體100、用于機(jī)器人編程的示教再現(xiàn)設(shè)備101、用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人核屯、控制算法的機(jī) 器人控制器110、用于示教再現(xiàn)設(shè)備101與機(jī)器人控制器110通信的化hernet線纜102、用于 控制機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)控制器106、用于機(jī)器人控制器110與關(guān)節(jié)控制器106通信的 EtherCAT線纜105、用于發(fā)送指令至機(jī)器人機(jī)械本體100或從其獲取反饋信息的設(shè)備107、附 件一 103、附件二104、W及用于連接附件一 103與機(jī)器人控制器110和用于連接附件二104與 關(guān)節(jié)控制器106的設(shè)備108和109。需要說明的是，附件一包括但不限于視覺傳感器、力傳感 器、測(cè)距傳感器，遠(yuǎn)程或/和本地10、40、04、編碼器等，附件二包括但不限于本地10、40、0八