CN118081766B 一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法 （南京航空航天大学）

一种面向协调类任务的双臂机器人主从统本发明公开了一种面向协调类任务的双臂开链约束获得双臂机器人的末端期望运动轨迹出的轨迹参数，并设计主从统一导纳控制UAMSC实现双臂机器人执行协调类任务中人机协作与2;'(t)、来更新；与xac(t)分别为主臂和从臂的期望轨迹在外部干扰下产生的顺应响应；上一通讯周期to时从臂相对于主臂的相对运动，xzm(t-to)与xuS30、基于末端期望运动轨迹以及主从臂运动模型，应用所提UA2.根据权利要求1所述的一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，基于所建立的坐标系，得到各个机器人末端坐标系相对于对应的基物体坐标系相对于各个机器人末端坐标系的齐次变换矩阵分别为;r与；w；3;,和分别是物体坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵与位置向量与分别表示为物体坐标系相对于机器人末端的旋转矩;;i=1）的线速度和角速度o'(t)的表达式为：;;其中，和分别为物体在任意给定时间t的相应期望线速度和角速度，;;;3.根据权利要求1所述的一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，4;r为输入;oi是(lxl)维零矩阵，li是(lxl)维单位矩阵，S(r)是输入向量ri叉乘运算算子，l;其中，为质量系数矩阵，mg=diag(mo)为质量系数为世界坐标系下的物体的加速度；,为物体相对于世界坐标系的旋转变换矩阵,，I,为物体的惯量距；"F。=-"FC-"Fm；同时，各个机器人施加在物体上的接触力"F;可以分解为内力;5;;;;为内力跟踪误差，Fi为实际输入的内力，Fra为期望内to为控制系统的通讯周期；4.根据权利要求1所述的一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，;6进一步通过UAMSC算法得到双臂机器人的协同柔顺操作的位姿输入xam(t)和xam(t)：。5.根据权利要求1所述的一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，6.根据权利要求1所述的一种面向协调类任务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，首先根据闭链系统的约束关系，由操作物体的期望轨迹得到双臂时六维力传感器输出的力/力矩信号通过内外力的解耦得到内力FU和Frz以及外力"Fm，分别作为机械手级UAMSC控制器以及物体;输入的外力。7务的双臂机器人主从统一导纳控制方法，通过设计主/从统一导纳控制(Unified基于UAMSC的双臂机器人协同控制策略，解决双臂机器人执行多种协调类任务时的控制系8变换矩阵分别为与各基坐标系相对于世界坐标系的齐次变换矩阵分别为与影T;物体坐标系相对于各个机器人末端坐标系的齐次变换矩阵分别为与T:[0018]与分别表示为物体坐标系相对于机器人iR(t)为主机械臂在任意给定时间t的相应姿态旋转矩阵；9[0045]",为世界坐标系下的物体的加速度；"RI,YR',":R为物体相对于世界坐标系的旋转变换矩阵；[0052]"F,=(lz2-wtw)"F(13)[0053]"Fq=(wtw)"F(14)[0054]式中，wFI＝[wFI1TwFI2T]T为分解后的内力；wteR12X6是抓取矩阵W的广义逆；[0068]xic(t)=xzc(t-tq)+[iic(t-t0)+tc(t)·to]·t(18)[0076]与"xam(t-t0)=⃞T·xm(t-t0)为上一通讯周期t0时从臂相对于主臂的相对运动，x2m(t_t0)与x1m(t_t0)分别为上一通讯周期t0时[0077]上述的S30中，针对非协调类任务的控制策略中，通过主臂与从臂末端的变换关[0079]其中，"(t)为从臂末端的期望轨迹速度，为从臂末端的期望轨迹速度；[0080]进一步通过UAMSC算法得到双臂机器人的协同柔顺操作的位姿输入x1m(t)和x2m[0082]上述的S30中，针对松协调类任务的控制策略是在非协调类任务控制策略的基础[0086]首先根据闭链系统的约束关系，由操作物体的期望轨迹得到双臂末端的期望轨迹，同时六维力传感器输出的力/力矩信号通过内外力的解耦得到内力FI1和FI2以及外力[0091]本发明提供一种面向协调类任务的双臂机器人主/从统一导纳控制方法，建立双臂机器人开链与闭链系统运动学模型，通过末端坐标系变换关系与绝对/相对约束条件获与主从控制设计提出主/从统一导纳控制UAMSC算法，以此实现系统对外界环境的柔顺响端坐标系相对于对应的基坐标系的齐次变换矩阵分别为与r:各基坐标系相对于世界坐标系的齐次变换矩阵分别为出T与物体坐标系相对于各个机器人末端坐标系的齐次变换矩阵分别为与r.[0108]和分别是物体坐标系相对于世界坐标系[0109]与分别表示为物体坐标系相对于机器人i末端的旋转矩方向后，可将物体的期望轨迹拟合为为关于时间t的函数,物体在任意给定时间t的相应期望线速度和角速度可分别用和yo'(c)表示。[0115]对于主机械臂(i＝1)，其期望轨迹表示为绝对运动,且所需的p"(e)和角速度"(t)的表达式为：⃞o"(r)=woc(r)(7)k＝2代表双臂机器人的从臂；代表从臂的末端坐标系相对于主臂的初[0122]S1007、考虑到当双臂机器人执行非协调和松协调任务时，从臂的相对运动关系[0124]其中，"(c)为从臂在任意给定时间t的相应期望线速度。[0129]双臂主/从控制模块(主/从控制器)根据主臂与从臂间的相对运动关系协调统一[0130]驱动模块(底层硬件)根据单臂的末端位置指令通过逆运动学得到各个关节的期[0133]单臂导纳控制器将体所受的合力分解为内力与外力，物体所受的合力wFm＝(w"nze"分别是世界坐标系下物体所受的三维力和力矩，可一规定Ol是(l×l)维零矩阵,Il是(l×l)维单位矩阵,S(ri)是输入向量ri叉取1,2或3；[0142]",:为世界坐标系下的物体的加速度；得到wFe＝_wFG_wFm；同时，两个机器人施加在物体上的接触力可以分解为内力wfIi与外力[0149]"F,=(lz2-wtw)"F(13)[0150]"Fq=(wtw)"F(14)[0151]式中，wFI＝[wFI1TwFI2T]T为分解后的内力；wteR126是抓取矩阵W的广义逆；[0165]xic(t)=xic(t-1)+[xic(t-1)+ic(t)·tolto(18)一问题并适应不同的协调类任务的要求，可以结合上述公式，得到主/从统一导纳控制从臂的期望轨迹在外部干扰下产生的顺应响应，与'xm(t-为上一通讯周期t0时从臂相对于主臂的相对运动。的要求为每一类任务提供相应的操作策略。这种方法旨在提高双臂机器人协同操作的效[0172]面向协调类任务的双臂机器人协同控制策略根据不同任务的要求为每一类任务[0176]松协调类任务控制策略是在非协调类任务控制策略的基础上允许双臂的期望位到双臂末端的期望轨迹，同时六维力传感器输出的力/力矩信号通过内外力的解耦得到内[0181]进一步通过机械臂级的主/从统一导纳控制器(UAMSC)得到双臂机器人的协同柔[0183]S3002、松协调类任务控制策略是在非协调类任务控制策略的基础上允许双臂的轨迹得到双臂末端的期望轨迹，同时六维力传感器输出的