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专利号: 2014107349206
申请人: 深圳先进技术研究院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种主从式遥操作工业机器人系统,其特征在于,所述系统包括主机器人、与主机器人相连的主从控制系统、及与控制系统相连的从机器人,所述主机器人包括力反馈设备,操作人员将主机器人运动指令通过主从控制系统传递给从机器人,从机器人跟随主机器人运动,进而完成对任务对象的操作,同时从机器人将任务状态反馈给操作人员。

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述主从控制系统包括:工业PC机,通过IEEE 1394接口与主机器人相连;

光学跟踪器,与工业PC机相连,所述工业PC机通过网卡与光学跟踪器进行数据交换;

运动控制器,与工业PC机通过网卡相连,运动控制器接受主机器人的操作命令,并对操作命令进行处理生成运动指令发送给从机器人。

3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述从机器人包括若干一一相连的伺服放大器和伺服电机,所述伺服放大器接受运动控制器发送的运动指令,放大后发送至相应的伺服电机,伺服电机根据运动指令完成相应的动作。

4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述从机器人还包括若干与伺服放大器相连的编码器,主从控制系统还包括信号转换单元,信号转换单元用于对编码器的初始值进行设定。

5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述信号转换单元通过RS232接口与工业PC机相连,信号转换单元通过RS422接口与伺服放大器相连。

6.一种如权利要求1所述的主从式遥操作工业机器人控制方法,其特征在于,所述方法包括:S1、获取主机器人中主手各关节的位置信息和速度信息,经过主手正运动学计算得到主手各关节在笛卡尔空间的位置信息和速度信息;

S2、经过主从比例映射后得到从机器人从手末端在笛卡尔空间的速度信息,再经过从手逆雅可比矩阵变换后得到从手各关节的速度信息;

S3、经过关节速度限制运算后输出控制信号控制各伺服电机运动;

S4、引入比例-微分控制环节来消除主从手位置跟随误差。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤S2中,经过主从比例映射后,主从手位置跟随误差e为:e=(Xm-Xm0)-K(Xs-Xs0);

主从手末端速度误差 为:

其中,Xm和Xs分别为主手和从手末端执行器在笛卡尔空间坐标中的位置坐标,Xm0和Xs0分别为主从手末端执行器的初始位置, 和 分别为主从手末端执行器的笛卡尔速度矢量,K为3×3主从映射对角系数矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤S4中“消除主从手位置跟随误差”通过误差控制方程实现,相应的误差控制方程为:Kp和Kd分别为3×3比例、微分系数矩阵。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤S2中从手末端在笛卡尔空间的速度信息为:从机器人关节角速度信息为:

其中,θs和 分别表示从机器人关节角度和关节角速度矢量; 为从机器人逆雅克比矩阵。

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:主从控制过程中,实时检测从手雅可比矩阵的奇异性,当从机器人某位形灵活性下降时则切换到关节映射模式:Kr为5×5主从关节速度映射系数矩阵。