利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2023104582034
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其用于判断六轴机械臂是否与其他物体发生碰撞,其特征在于,所述碰撞检测方法包括如下步骤:S1:获取具有未知负载的六轴机械臂的物理模型;

S2:采集所述六轴机械臂的各个关节的运动数据,根据所述运动数据计算所述六轴机械臂的负载估计值;所述负载估计值的具体计算方法如下:S21:构建自适应函数;所述自适应函数τL表达为:式中, 为自适应回归矩阵,ε为模型预测误差;

S22:计算自适应律矩阵ΓL;所述自适应律矩阵ΓL采用以下公式计算:式中,u为遗忘因子,ρm为防止负载估计发散而设置的更新率上界,λmax为ΓL(t)的最大特征值,ΓL(t)为关于时间t的自适应律矩阵函数;

S23:构建基于广义动量的间接参数自适应律,将所述运动数据作为输入,在所述间接参数自适应律中计算出负载估计值;所述间接参数自适应律表达为:式中, 为自适应律估计速率的上界, 为饱和函数, 为投影映射函数, 和分别为闭集 的内部和边界; 为 时的指向外侧的单位法向量;

S3:获取外力观测器模型,将所述负载估计值、所述运动数据输入所述外力观测器模型中,得到外力估计值;

S4:判断每个关节的所述外力估计值是否小于一个预设的外力阈值,若存在任意一个关节的外力估计值超出所述外力阈值,则视为发生了碰撞;否则视为未发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其特征在于,在步骤S1中,所述六轴机械臂的物理模型表达为:式中,τ为关节驱动力矩, 和 分别表示关节角度、角速度和角加速度,M(q,βm,βL)为机械臂的惯性矩阵, 为离心力与科氏力矩阵,G(q,βm,βL)为重力矩阵,为摩擦力,βm为机械臂本体的系统参数,βL为负载相关参数,βf为摩擦力相关参数,τe为碰撞力矩。

3.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其特征在于,在步骤S21中,所述自适应函数的构建方法如下:S211:定义广义动量为: 对所述广义动量进行参数线性化,得到:式中, 和 分别表示通过广义动量求得的机械臂本体的系统参数集βm和负载参数集βL对应的回归矩阵;

S212:对所述广义动量求导并参数线性化,得到:

式中, 和 分别表示通过广义动量的导数求得的机械臂本体的系统参数集βm、负载参数集βL和摩擦力参数βf对应的回归矩阵;

S213:令 为βL的估计值并定义用于估计的模型预测误差,所述模型预测误差表达为:式中, 分别为 经滤波

器 后的输出值, 分别为 经滤波器 后的输出值;

S214:根据所述模型预测误差构建基于所述广义动量的自适应函数。

4.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其特征在于,在步骤S3中,所述外力观测器模型表达为:式中,为广义动量的负载估计值,r为外力矩的观测值,K1、K2和K3均为外力观测器的正定对角增益矩阵。

5.根据权利要求1所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其特征在于,在步骤S4中,所述外力阈值设置为:rmi=τmaxi+τmari

式中,rmi为关节i对应的外力阈值,τmaxi为关节i自由运动且无碰撞时的最大干扰力矩,τmari为安全裕量。

6.一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测系统,其采用如权利要求1至5中任意一项所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法,其特征在于,所述检测系统包括:采集模块,其用于采集六轴机械臂的运动数据;

负载估计模块,其用于:一、定义广义动量,对所述广义动量求导并参数线性化,得到回归矩阵;定义用于估计负载的模型预测误差,进而根据所述模型预测误差与所述回归矩阵构建自适应函数;所述自适应函数τL表达为:式中, 为回归矩阵,ε为模型预测误差;

二、计算自适应律矩阵;所述自适应律矩阵ΓL采用以下公式计算:式中,u为遗忘因子,ρm为防止负载估计发散而设置的更新率上界,λmax为ΓL(t)的最大特征值,ΓL(t)为关于时间t的自适应律矩阵函数;

三、计算负载估计值;所述负载估计值通过以下公式计算得到:式中, 为自适应律估计速率的上界, 为饱和函数, 为投影映射函数;

外力观测器,其用于根据所述运动数据和所述负载估计值计算外力估计值;所述外力观测器表示为:T

式中, 为广义动量的负载估计值,C 、G、Ff分别为 G(q,βm,βL)、的简写, 为离心力与科氏力矩阵,G(q,βm,βL)为重力矩阵,为摩擦力,r为外力矩的观测值,K1、K2和K3均为外力观测器的正定对角增益矩阵;

碰撞信号生成模块,其用于判断所述外力估计值是否超出一个预设的外力阈值,是则生成碰撞信号。

7.根据权利要求6所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测系统,其特征在于,所述运动数据包括所述六轴机械臂的各个关节的实际角度、实际角速度和驱动力矩。

8.根据权利要求6所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测系统,其特征在于,所述外力阈值设置为:rmi=τmaxi+τmari

式中,rmi为关节i对应的外力阈值,τmaxi为关节i自由运动且无碰撞时的最大干扰力矩,τmari为安全裕量。

9.一种间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测装置,其包括存储器、处理器,以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述碰撞检测装置中的各功能模块采用如权利要求6至8中任意一项所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测系统的方式完成部署,所述处理器执行所述计算机程序时,实现如权利要求1至5中任意一项所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法的步骤,实现对间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测。

10.一种间接参数自适应的六轴机械臂的控制方法,其特征在于,其采用如权利要求1至5中任意一项所述的间接参数自适应的六轴机械臂碰撞检测方法检测六轴机械臂是否发生碰撞,并在所述六轴机械臂发生碰撞时,控制所述六轴机械臂停止运行。