CN113580131A - 一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 - Google Patents
一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113580131A CN113580131A CN202110842742.9A CN202110842742A CN113580131A CN 113580131 A CN113580131 A CN 113580131A CN 202110842742 A CN202110842742 A CN 202110842742A CN 113580131 A CN113580131 A CN 113580131A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- robot
- control
- mechanical arm
- pose
- tail end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000013507 mapping Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000009471 action Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000012636 effector Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 25
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 description 2
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
Abstract
本发明公开了一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法，涉及工业机器人控制技术领域，装置包括控制端和执行端，控制端包括平板电脑、控制端机器人控制器、协作机器人、六维力传感器和末端手柄，末端手柄与六维力传感器电性连接，平板电脑用于控制系统参数设置与反馈；执行端包括依次电性连接的执行端机器人控制器、工业机械臂和末端执行器，末端执行器设置于工业机械臂的末端，执行端机器人控制器与控制端机器人控制器电性连接，运行时，由人员在控制端握持末端手柄控制其末端位姿做运动变换，工业机械臂根据协作机器人运动参数做出动作响应，以实现人‑机在空间分离状态下能直观方便地对工业机械臂末端位姿灵活调整的作用。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人控制技术领域，具体涉及一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法。
背景技术
工业机械臂是一种应用于工业生产领域的多关节/多自由度机械设备，其末端位姿的控制是实际生产应用的关键内容。传统的机械臂末端运动控制方案主要有两种：(1)示教控制，即提前使用配套的机械臂示教器控制机械臂沿着特定轨迹运动，期间机械臂控制器以一定的频率对机械臂运动信息(如位姿、速度、加速度等)进行采样，在实际工作时机械臂控制器根据各采样点的相关信息以插值计算的方式控制机械臂运动，复现示教过程的运动轨迹，完成生产任务。(2)离线编程，即提前在机械臂控制器中写入机械臂在作业过程中的相关运动信息(如位姿、速度、加速度等)，在实际工作时控制器控制机械臂按照程序中设定的步骤运动，完成生产任务。上述两种机械臂运动控制方案在实际生产中一般应用于完成重复性生产任务，机械臂工作在全自动模式下，且在生产现场一般以危险源进行管理，使用安全围栏对机械臂进行隔离，在生产中不与人发生直接接触。近年来，一种基于力控柔顺控制的机械臂末端运动控制方案逐渐发展起来，该方案通过在机械臂腕关节处安装六维力传感器，实际工作时人直接手动牵引末端工装，通过该力传感器测量人施加的牵引力，并根据其大小和方向控制机械臂做出运动响应，具体场景见附图4所示。目前一些机器人厂商已经推出了带有力控牵引功能的机器人产品及相关的软件控制包。
在上述三种机械臂末端运动控制方案中，示教控制和离线编程一般适用于机械臂在隔离空间中自动化地完成重复操作，机械臂的运动无法实现随时调整。然而在航空航天、工程机械、船舶等领域的产品制造中重复工作较少，大量工作需要对机械臂进行随时的灵活控制来完成。力控牵引的方案实现了人机近距离交互作业，可使机械臂在人的控制下运动，但在人机近距离接触状态下由于存在一定的安全隐患，因此一般会对机器人的运行功率、运动速度等做出限制，影响机械臂效能的发挥；其次，机械臂末端在作业过程中的运动范围很大，因此需要人不断移动位置以方便牵引机械臂末端工装，带来作业不便等问题；最后，该方案难以应用于人无法直接进入的环境中，如有毒有害物质处理等。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法，以实现人-机在空间分离状态下能直观方便地对工业机械臂末端位姿灵活调整、且保证安全性的作用。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，包括控制端和执行端，其中控制端包括平板电脑、控制端机器人控制器、协作机器人、六维力传感器和末端手柄，末端手柄与六维力传感器电性连接，末端手柄与六维力传感器均设置于协作机器人末端，平板电脑用于控制系统参数设置与反馈；执行端包括依次电性连接的执行端机器人控制器、工业机械臂和末端执行器，末端执行器设置于工业机械臂的末端，执行端机器人控制器与控制端机器人控制器无线通信连接。
优选地，控制端机器人控制器包括末端重力补偿模块，末端重力补偿模块用于实现对人员牵引力的准确测量；力位及力速控制模块，力位及力速控制模块用于给出基于人员牵引力大小和方向的协作机器人运动响应方式；运动控制模块A，运动控制模块A用于控制协作机器人的具体运动；位姿解算模块A，位姿解算模块A用于对协作机器人末端位姿变换情况进行实时解算。
优选地，执行端机器人控制器包括位姿解算模块B，位姿解算模块B用于解算出协作机器人各轴运动控制命令；运动控制模块B，运动控制模块B用于根据位姿解算模块B解算出的协作机器人各轴运动控制命令使工业机械臂做出具体运动响应。
优选地，执行端机器人控制器还包括安全保护模块，安全保护模块用于对工业机械臂运动及反馈负载进行解算，在工业机械臂可能进入奇点或最大行程时提前发出警告与保护措施，并在检测到过载时进行保护制动。
优选地，协作机器人为小型六轴机器人。
一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：开机通电，对控制端和执行端进行初始化；
步骤S2：设定协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系为控制策略因子K，并通过平板电脑设置控制策略因子K的值；
步骤S3：对协作机器人控制位姿初始化；
步骤S4：用户以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并在控制端以手握持末端手柄并对其施加牵引力，控制端机器人控制器通过六维力传感器测量末端力，并以末端重力补偿模块对末端力进行处理获得用户的牵引力大小和方向；
步骤S5：通过力位及力速控制模块、运动控制模块A根据牵引力的大小和方向控制协作机器人对牵引力做出响应；
步骤S6：通过位姿解算模块A对末端运动位姿进行解算获得末端的实时位姿参数；
步骤S7：执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿进行采样；
步骤S8：位姿解算模块B根据采样结果及控制策略因子K的值计算获得工业机器人的运动量；
步骤S9：运动控制模块B根据位姿解算模块B的计算结果控制工业机械臂做出相应的运动响应。
优选地，在步骤S2中，控制策略因子K的关系式如下：
式(1)中，
为六维力传感器坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Cobot}为协作机器人末端在一个采样周期内的运动量，
为工业机械臂的末端坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Robot}为工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量。
优选地，在步骤S4中，所述目视方式为视频监控或VR目视。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明可通过动作映射的方式将操作人员的控制动作直接在执行端的工业机械臂上按照一定的控制策略进行复现，可实现人机协作状态下按照人的控制意图灵活调整工业机械臂末端操作动作，无需事前的机械臂动作的仿真和调试过程，可适应离散式生产作业中的复杂操作动作要求或机械臂末端位姿的临时调整。
2、可实现人机空间分离状态下的协同作业，人处于工业机械臂的可达范围以外，因此安全性大大提高，不需对工业机械臂进行专门的由人机近距离交互带来的安全设置。
3、通过控制策略因子K来表示协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系，并具体得出控制策略因子K的关系式，
和
为固定矩阵，可认为是系统的固定特性，
和
分别为协作机器人和工业机械臂在运动过程中的实时状态矩阵，可实时获得，在增加控制策略因子K后即可获得协作机器人末端与工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量的动作映射关系，基于该动作映射关系即可实现人机协作状态下按照人的控制意图灵活调整工业机械臂末端操作动作，人机交互灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明提供的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的整体框架示意图；
图2为本发明一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的结构示意图；
图3为本发明的模拟作业场景图；
图4为现有技术以人员手动牵引工业机械臂末端工装控制其运动的模拟作业场景图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，包括控制端和执行端，其中控制端包括平板电脑、控制端机器人控制器、协作机器人、六维力传感器和末端手柄，末端手柄与六维力传感器电性连接(二者固定连接在一起)，末端手柄与六维力传感器均设置于协作机器人末端(即腕关节处)，用于操作人员与协作机器人的交互，平板电脑用于控制系统参数设置与反馈，平板电脑具有图形用户界面；执行端包括依次电性连接的执行端机器人控制器、工业机械臂和末端执行器，末端执行器设置于工业机械臂的末端，末端执行器用于执行具体操作，执行端机器人控制器与控制端机器人控制器无线通信连接。
在具体实施时，操作人员处于控制端，以手握持末端手柄牵引协作机器人运动，执行端机器人控制器对协作机器人的末端运动参数进行采样，并控制工业机器臂末端复现协作机器人的运动，控制端的协作机器人处于被动协作控制状态下，看将操作人员的控制意图转化为具体的运动控制参数，然后基于该参数控制执行端的工业机械臂的运动，因此本发明为人机协作状态下工业机械臂的运动控制提供了一种更加直观、自然的交互方式，可实现人机空间分离状态下的操作过程控制。
另外，控制端和执行端在空间上相互分离，且操作人员处于控制端，因此操作人员通过控制端可将动作同步映射到执行端，可实现人机协作状态下按照人的控制意图灵活调整工业机械臂末端操作动作，无需事前的机械臂动作的仿真和调试过程，可适应离散式生产作业中的复杂操作动作要求或机械臂末端位姿的临时调整，智能化程度高，可应用于大型部件装配、喷漆等生产作业中，适用范围广。
具体地，控制端机器人控制器包括末端重力补偿模块，末端重力补偿模块用于实现对人员牵引力的准确测量；力位及力速控制模块，力位及力速控制模块用于给出基于人员牵引力大小和方向的协作机器人运动响应方式；运动控制模块A，运动控制模块A用于控制协作机器人的具体运动；位姿解算模块A，位姿解算模块A用于对协作机器人末端位姿变换情况进行实时解算。执行端机器人控制器包括位姿解算模块B，位姿解算模块B用于解算出协作机器人各轴运动控制命令；运动控制模块B，运动控制模块B用于根据位姿解算模块B解算出的协作机器人各轴运动控制命令使工业机械臂做出具体运动响应。
具体实施时，用户以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并在控制端以手握持末端手柄并对其施加牵引力，控制端机器人控制器通过六维力传感器测量末端力，并以末端重力补偿模块对末端力进行处理获得用户的牵引力大小和方向，然后通过力位及力速控制模块、运动控制模块A根据牵引力的大小和方向控制协作机器人对牵引力做出响应，通过位姿解算模块A对末端运动位姿进行解算获得末端的实时位姿参数，执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿进行采样，位姿解算模块B计算获取工业机器人的运动量，运动控制模块B再根据位姿解算模块B的计算结果控制工业机械臂做出相应的运动响应，从而实现整个控制端到执行端的映射，可实现人机空间分离状态下的协同作业，人处于工业机械臂的可达范围以外，因此安全性大大提高，不需对工业机械臂进行专门的由人机近距离交互带来的安全设置。
需要说明的是，协作机器人在系统运行时工作于被动协作控制状态下，由人员握持末端手柄牵引协作机器人运动，工业机械臂工作于主动控制状态下，根据对协作机器人运动情况的采样数据控制其运动。
具体地，执行端机器人控制器还包括安全保护模块，安全保护模块用于对工业机械臂运动及反馈负载进行解算，在工业机械臂可能进入奇点或最大行程时提前发出警告与保护措施，并在检测到过载时进行保护制动。通过安全保护模块的设置，可进一步提高系统运行时的安全性。
具体地，协作机器人为小型六轴机器人，可实现末端位姿在空间中的灵活调整。
实施例2
如图1-3所示，本实施例提供一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：开机通电，对控制端和执行端进行初始化；
步骤S2：设定协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系为控制策略因子K，并通过平板电脑设置控制策略因子K的值；
步骤S3：对协作机器人控制位姿初始化(即控制协作机器人末端处于初始受控姿态，实际姿态根据具体任务而定，以方便对工业机械臂的控制，以具备较大行程为宜)；
步骤S4：用户以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并在控制端以手握持末端手柄并对其施加牵引力，控制端机器人控制器通过六维力传感器测量末端力，并以末端重力补偿模块对末端力进行处理获得用户的牵引力大小和方向；
步骤S5：通过力位及力速控制模块、运动控制模块A根据牵引力的大小和方向控制协作机器人对牵引力做出响应(即控制末端以一定的速度根据牵引力方向做出位姿变换)；
步骤S6：通过位姿解算模块A对末端运动位姿进行解算获得末端的实时位姿参数；
步骤S7：执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿进行采样；
步骤S8：位姿解算模块B根据采样结果及控制策略因子K的值计算获得工业机器人的运动量；
步骤S9：运动控制模块B根据位姿解算模块B的计算结果控制工业机械臂做出相应的运动响应。
本实施例中，通过将人处于控制端，以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并以手握持控制端的末端手柄调整其位姿，该位姿的具体变换参数可通过控制端机器人控制器读出，根据该参数并基于一定的控制策略(即控制策略因子K)控制工业机械臂末端做出相应的运动响应，在运行时，通过控制端机器人控制器控制协作机器人根据人员所施加牵引力的大小和方向自动协调各轴的运动，并解算和存储末端位姿变化参数，在通过执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿变化参数进行连续采样，从而实现控制工业机械臂各轴的运动。基本本控制方法，并通过调整控制策略因子K的值可实现由协作机器人至工业机械臂末端位姿的运动映射的等比复现，从而实现人机协作状态下按照人的控制意图灵活调整工业机械臂末端操作动作，从而实现人机空间分离状态下的协同作业，人处于工业机械臂的可达范围以外，以保证安全性。
需要说明的是，在步骤S1中，主要是对控制端机器人控制器、执行端机器人控制器及两者之间的设备通信模块(图中未画出)进行初始化，设备通信模块用于实现控制端机器人控制器和执行端机器人控制器的无线通信连接，末端重力补偿模块根据提前在控制器寄存器中存储的末端手柄重力大小和重心位置对六维力传感器输出进行校准，此时处于人员未握持末端手柄施加牵引力的状态下。
具体地，在步骤S2中，控制策略因子K的关系式如下：
式(1)中，
为六维力传感器坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Cobot}为协作机器人末端在一个采样周期内的运动量，
为工业机械臂的末端坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Robot}为工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量。
控制策略因子K的关系式推导过程如下：
步骤一：设定工业机器臂底座的坐标系{Robot}为基坐标系，工业机械臂的末端坐标系为{Robot-End}，则工业机械臂的末端坐标系至工业机器臂底座坐标系的变换矩阵为
可由工业机械臂各轴的变换关系获得；
步骤二：设定协作机器人底座的坐标系为{Cobot}，协作机器人末端坐标系为{Cobot-End}，六维力传感器坐标系为{Force-Sensor}，则由六维力传感器坐标系 (人员的控制对象)至协作机械臂底座坐标系的变换矩阵为
则
其中
可由协作机器人各轴的位姿变换关系获得，
为固定矩阵；
步骤三：设定由协作机器人底座坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵为
(可根据具体布置关系获得)，从而可得由六维力传感器坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵为
步骤四：假设协作机器人末端在一个采样周期内的运动量为{S-Cobot}，工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量为{S-Robot}，控制策略因子为K，即可获得二者之间的空间坐标变换关系为：
通过控制策略因子K来表示协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系，并具体得出控制策略因子K的关系式，
和
为固定矩阵，可认为是系统的固定特性，
和
分别为协作机器人和工业机械臂在运动过程中的实时状态矩阵，可实时获得，在增加控制策略因子K后即可获得协作机器人末端与工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量的动作映射关系，基于该动作映射关系即可实现人机协作状态下按照人的控制意图灵活调整工业机械臂末端操作动作，人机交互灵活。
需要说明的是，控制策略因子K具体参数值可根据实际操作任务确定，一般情况下，该值的大小为工业机械臂末端与协作机器人末端的速度大小比值，在工业机械臂末端位姿精调整的情况下，可适当缩小其大小。
具体地，在步骤S4中，所述目视方式为视频监控或VR目视，提高目视观察的准确度，且更加智能便捷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，包括控制端和执行端；其中，
所述控制端包括平板电脑、控制端机器人控制器、协作机器人、六维力传感器和末端手柄，所述末端手柄与六维力传感器电性连接，所述末端手柄与六维力传感器均设置于协作机器人末端，所述平板电脑用于控制系统参数设置与反馈；
所述执行端包括依次电性连接的执行端机器人控制器、工业机械臂和末端执行器，所述末端执行器设置于工业机械臂的末端，所述执行端机器人控制器与控制端机器人控制器无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述控制端机器人控制器包括：
末端重力补偿模块，所述末端重力补偿模块用于实现对人员牵引力的准确测量；
力位及力速控制模块，所述力位及力速控制模块用于给出基于人员牵引力大小和方向的协作机器人运动响应方式；
运动控制模块A，所述运动控制模块A用于控制所述协作机器人的具体运动；
位姿解算模块A，所述位姿解算模块A用于对所述协作机器人末端位姿变换情况进行实时解算。
3.根据权利要求2所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述执行端机器人控制器包括：
位姿解算模块B，所述位姿解算模块B用于解算出所述协作机器人各轴运动控制命令；
运动控制模块B，所述运动控制模块B用于根据位姿解算模块B解算出的协作机器人各轴运动控制命令使工业机械臂做出具体运动响应。
4.根据权利要求3所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述执行端机器人控制器还包括：
安全保护模块，所述安全保护模块用于对工业机械臂运动及反馈负载进行解算，在所述工业机械臂可能进入奇点或最大行程时提前发出警告与保护措施，并在检测到过载时进行保护制动。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置，其特征在于，所述协作机器人为小型六轴机器人。
6.根据权利要求4所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：开机通电，对控制端和执行端进行初始化；
步骤S2：设定协作机器人末端动作与工业机械臂末端之间的映射关系为控制策略因子K，并通过平板电脑设置控制策略因子K的值；
步骤S3：对协作机器人控制位姿初始化；
步骤S4：用户以目视方式观察工业机械臂末端的作业执行情况，并在控制端以手握持末端手柄并对其施加牵引力，控制端机器人控制器通过六维力传感器测量末端力，并以末端重力补偿模块对末端力进行处理获得用户的牵引力大小和方向；
步骤S5：通过力位及力速控制模块、运动控制模块A根据牵引力的大小和方向控制协作机器人对牵引力做出响应；
步骤S6：通过位姿解算模块A对末端运动位姿进行解算获得末端的实时位姿参数；
步骤S7：执行端机器人控制器对协作机器人末端位姿进行采样；
步骤S8：位姿解算模块B根据采样结果及控制策略因子K的值计算获得工业机器人的运动量；
步骤S9：运动控制模块B根据位姿解算模块B的计算结果控制工业机械臂做出相应的运动响应。
7.根据权利要求6所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，控制策略因子K的关系式如下：
式(1)中，
为六维力传感器坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Cobot}为协作机器人末端在一个采样周期内的运动量，
为工业机械臂的末端坐标系至工业机械臂底座坐标系的变换矩阵，{S-Robot}为工业机械臂末端在一个采样周期内的运动量。
8.根据权利要求6所述的一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，所述目视方式为视频监控或VR目视。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110842742.9A CN113580131A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110842742.9A CN113580131A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113580131A true CN113580131A (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=78249699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110842742.9A Pending CN113580131A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113580131A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114161478A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-11 | 河海大学常州校区 | 一种双六轴工业机器人运行能耗评价方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102528790A (zh) * | 2010-12-10 | 2012-07-04 | 上海理工大学 | 基于力反馈的书法机器人系统 |
| CN104440864A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-03-25 | 深圳先进技术研究院 | 一种主从式遥操作工业机器人系统及其控制方法 |
| CN105583824A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-05-18 | 清华大学 | 力控牵引和摆位的多自由度机械臂控制装置及其控制方法 |
| CN107374727A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-24 | 重庆金山医疗器械有限公司 | 一种微创外科手术机器人简化运动学模型的建模方法 |
| CN107717994A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-23 | 西安交通大学 | 基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统 |
| CN107921625A (zh) * | 2015-08-25 | 2018-04-17 | 川崎重工业株式会社 | 远程操作机器人系统 |
| CN108772838A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-09 | 河北工业大学 | 一种基于外力观测器的机械臂安全碰撞策略 |
| CN110058570A (zh) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 佳能株式会社 | 信息处理装置和显示装置的控制方法 |
| EP3845346A1 (en) * | 2019-12-31 | 2021-07-07 | Fundación Tecnalia Research & Innovation | Method, system and computer program product for controlling the teleoperation of a robotic arm |
-
2021
- 2021-07-26 CN CN202110842742.9A patent/CN113580131A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102528790A (zh) * | 2010-12-10 | 2012-07-04 | 上海理工大学 | 基于力反馈的书法机器人系统 |
| CN104440864A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-03-25 | 深圳先进技术研究院 | 一种主从式遥操作工业机器人系统及其控制方法 |
| CN107921625A (zh) * | 2015-08-25 | 2018-04-17 | 川崎重工业株式会社 | 远程操作机器人系统 |
| CN105583824A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-05-18 | 清华大学 | 力控牵引和摆位的多自由度机械臂控制装置及其控制方法 |
| CN107374727A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-24 | 重庆金山医疗器械有限公司 | 一种微创外科手术机器人简化运动学模型的建模方法 |
| CN107717994A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-23 | 西安交通大学 | 基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统 |
| CN110058570A (zh) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 佳能株式会社 | 信息处理装置和显示装置的控制方法 |
| CN108772838A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-09 | 河北工业大学 | 一种基于外力观测器的机械臂安全碰撞策略 |
| EP3845346A1 (en) * | 2019-12-31 | 2021-07-07 | Fundación Tecnalia Research & Innovation | Method, system and computer program product for controlling the teleoperation of a robotic arm |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吴伟国: "面向地面及空间技术的仿生机器人与智能运动控制", vol. 1, 31 December 2020, 哈尔滨工业大学出版社, pages: 393 - 395 * |
| 益加福: "具有力反馈的脊柱手术机器人主从控制研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技, no. 01, pages 27 - 33 * |
| 蔡自兴，谢斌编著: "机器人学基础 第3版", vol. 3, 31 January 2021, 机械工业出版社, pages: 31 - 33 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114161478A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-11 | 河海大学常州校区 | 一种双六轴工业机器人运行能耗评价方法 |
| CN114161478B (zh) * | 2021-12-20 | 2024-01-02 | 河海大学常州校区 | 一种双六轴工业机器人运行能耗评价方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107717994B (zh) | 基于主从空间映射的主从异构机器人通用控制方法及系统 | |
| Uchiyama et al. | Hybrid position/force control for coordination of a two-arm robot | |
| US9731419B2 (en) | System and method for programming robots | |
| CN107943283B (zh) | 基于手势识别的机械臂位姿控制系统 | |
| Ju et al. | Teleoperation of humanoid baxter robot using haptic feedback | |
| CN108748152B (zh) | 一种机器人示教方法及系统 | |
| CN107856014B (zh) | 基于手势识别的机械臂位姿控制方法 | |
| CN109877827B (zh) | 一种连杆机械手的非定点物料视觉识别与抓取装置及方法 | |
| Lindemann et al. | Construction and demonstration of a 9-string 6 DOF force reflecting joystick for telerobotics | |
| CN111515951A (zh) | 机器人的遥操作系统及遥操作控制方法 | |
| CN105783851A (zh) | 一种粗糙度检测系统及检测方法 | |
| CN108297068A (zh) | 一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人专用工具更换方法 | |
| Bolano et al. | Virtual reality for offline programming of robotic applications with online teaching methods | |
| CN113580131A (zh) | 一种基于动作映射的机械臂末端位姿控制装置及控制方法 | |
| JPS6334609A (ja) | 複腕装置 | |
| CN110587596A (zh) | 多轴构型装置远程控制方法、装置、终端设备及存储介质 | |
| Kawasaki et al. | Virtual robot teaching for humanoid hand robot using muti-fingered haptic interface | |
| Kawasaki et al. | Teaching for multi-fingered robots based on motion intention in virtual reality | |
| CN113856935A (zh) | 人机协同控制喷涂系统及方法 | |
| Hamed | A mimicking human arm with 5 DOF controlled by LabVIEW | |
| Sun et al. | The System Design of Avionics Coordinated Test Based on Dual-arm Cooperative Robot | |
| Lei et al. | Vision-based position/impedance control for robotic assembly task | |
| Rodríguez-Angeles et al. | User wearable interface based on inertial sensors for unilateral master-slave robot teleoperation | |
| Meng et al. | Workspace Analysis of a Dual-arm Mobile Robot System for Coordinated Operation | |
| Chen | Research on Multiple-Degree-of-Freedom Manipulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |