一种机器人零力控制方法以及系统，方法包括：S1、基于惯性力、离心力、科里奥利力、粘摩擦力、静摩擦力、重力，建立机器人动力学模型；S2、基于所述机器人动力学模型以及反馈数据，计算机器人各个关节的外力力矩；S3、根据步骤S2中计算的外力力矩计算速度指令；S4、根据速度指令以及位置反馈计算位置指令。本发明专利技术通过建立动力学模型，可以直接计算各关节的外力力矩，无需借助力/转矩传感器，降低了系统成本和复杂性；采用位置指令控制的位置控制方式，而非采用直接转矩控制的方式，降低了系统安全性与稳定性的设计难度，另外，由于在计算外力力矩时考虑了惯性力，该发明专利技术还可适用于自重较大的机器人。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及零力控制领域，尤其涉及一种机器人零力控制方法以及系统。
技术介绍
目前工业机器人的示教过程主要依赖于示教器，这样的示教方式具有工作效率 低、过程繁琐不直观、对操作人员知识水平要求高的特点。因此，有必要设计一种直观高效 的机器人直接示教系统。直接示教系统的开发依赖于零力控制技术的实现。当前零力控制 技术主要有两种实现方式:基于位置控制的零力控制技术和基于直接转矩控制的零力控制 技术。 基于位置控制的零力控制技术需借助于力/转矩传感器，测量出施加在机器人各 关节的外力，然后将该外力与经动力学模型计算的力相加并转换为相应的位置指令。由于 该方案需要力/转矩传感器，所以会极大提高系统的成本和复杂性。 基于直接转矩控制的零力控制技术，首先通过动力学模型计算出各关节对应的重 力及摩擦力，然后控制各关节输出对应大小的转矩，机器人在外力的作用下克服惯性力而 运动。该方案不需要知道精确的加速度信息，但是由于其直接对力矩进行控制，对系统的稳 定性设计提出了较大的挑战，同时，由于这样的实现方式不对惯性力做补偿，无法适用于自 重较大的机器人。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种机器人零力 控制方法以及系统。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种机器人零力控制方法，包 括： Si、基于惯性力、离心力、科里奥利力、粘摩擦力、静摩擦力、重力，建立机器人动力 学模型； S2、基于所述机器人动力学模型以及反馈数据，计算机器人各个关节的外力力矩； S3、根据步骤S2中计算的外力力矩计算速度指令； S4、根据速度指令以及位置反馈计算位置指令。 在本专利技术所述的机器人零力控制方法中，所述动力学模型为：其中，B(q)为NXN惯量矩阵，&(q)为NXN离心力矩阵，r:(^)为NXN科里奥利力 矩阵，Fv为NXN粘摩擦力矩阵，Fs为NXN静摩擦力矩阵，G(q)为NXl重力向量，τ为NXl关节 力矩向量，表示以^为自变量的符号函数，^为加速度信息，^为速度信息，q为位置 信息，N为机器人关节数。在本专利技术所述的机器人零力控制方法中，所述步骤S2包括： S21、将公式（1)中静摩擦力设为0,并将动力学模型中的;设为期望加速度，^设为 速度反馈^，q设为位置反馈qf，得到如公式(2)所示的关节作用力力矩Tnsf: S22、根据力矩常数以及反馈电流计算反馈力矩Tf: KtIf = Tf; S23、根据步骤S21中计算的关节作用力力矩Tnsf以及步骤S22中计算的反馈力矩Tf 计算得到外力力矩Te: Tf-Tnsf = Te0 在本专利技术所述的机器人零力控制方法中，所述步骤S3包括： S31、将公式（1)中静摩擦力以外的作用力设为0,并将动力学模型中的^设为速度 反馈t，得到静摩擦力力矩"cSf : S32、根据所述步骤S41中的静摩擦力力矩Tsf以及步骤S21中的关节作用力力矩Tnsf 计算外力力矩死区作用域，其中，Tdn，Td P基于以下公式确定： 其中，lu、k2表示力矩误差校正系数； S33、根据步骤S23中计算得到的外力力矩基于以下公式计算得到速度指令I:其中，k3为力矩速度映射系数，pe(〇，l)。在本专利技术所述的机器人零力控制方法中，所述步骤S4基于以下公式计算得到位置 指令qr; 其中，△ t为位置插补周期，qf为位置反馈，I为速度指令。 本专利技术还公开了一种机器人零力控制系统，包括： 动力学模型模块，用于基于惯性力、离心力、科里奥利力、粘摩擦力、静摩擦力、重 力，建立机器人动力学模型； 外力力矩计算模块，用于基于所述动力学模型模块中的机器人动力学模型以及反 馈数据，计算机器人各个关节的外力力矩； 力矩速度映射模块，用于根据外力力矩计算模块中计算的外力力矩计算速度指 令；速度位置映射模块，用于根据速度指令以及位置反馈计算位置指令。在本专利技术所述的机器人零力控制系统中，所述动力学模型为： 其中，B(q)为NXN惯量矩阵，(Mq)为NXN离心力矩阵，C2(^i)为NXN科里奥利力 矩阵，F v为NXN粘摩擦力矩阵，Fs为NXN静摩擦力矩阵，G(q)为NXl重力向量，τ为NXl关节 力矩向量，表示以^为自变量的符号函数，f为加速度信息，f为速度信息，q为位置 信息，N为机器人关节数。 在本专利技术所述的机器人零力控制系统中，所述外力力矩计算模块包括：关节作用力力矩计算单元，用于将公式（1)中静摩擦力设为0,并将动力学模型中 的^设为期望加速度，^设为速度反馈^，q设为位置反馈qf，得到如公式(2)所示的关节作 用力力矩Tnsf:反馈力矩计算单元，用于根据力矩常数以及反馈电流计算反馈力矩Tf = KtIf = Tf; 外力力矩计算单元，用于根据关节作用力力矩计算单元计算的关节作用力力矩 Tnsf以及反馈力矩计算单元计算的反馈力矩算得到外力力矩Te3 = Tf-Tnsf = Te^在本专利技术所述的机器人零力控制系统中，所述力矩速度映射模块包括：静摩擦力力矩计算单元，用于将公式（1)中静摩擦力以外的作用力设为0,并将动 力学模型中的^设为速度反馈^，得到静摩擦力力矩Tsf:外力力矩死区作用域计算单元，用于根据所述静摩擦力力矩计算单元计算的静摩 擦力力矩Tsf以及关节作用力力矩计算单元计算的关节作用力力矩Tnsf计算外力力矩死区作 用域，其中，Tdn，Tdp基于以下公式确定：其中，lu、k2表示力矩误差校正系数；速度指令计算单元，用于根据外力力矩计算单元中计算得到的外力力矩Te3，基于 以下公式计算得到速度指令& 其中，k3为力矩速度映射系数，pe(〇，l)。 在本专利技术所述的机器人零力控制系统中，所述的根据速度指令以及位置反馈计算 位置指令包括:基于以下公式计算得到位置指令qr;其中，△ t为位置插补周期，qf为位置反馈，I为速度指令。 实施本专利技术的机器人零力控制方法以及系统，具有以下有益效果:本专利技术通过建 立动力学模型，可以直接计算各关节的外力力矩，无需借助力/转矩传感器，降低了系统成 本和复杂性;采用位置指令控制的位置控制方式，而非采用直接转矩控制的方式，降低了系 统安全性与稳定性的设计难度，另外，由于在计算外力力矩时考虑了惯性力，该专利技术还可适 用于自重较大的机器人。【附图说明】 下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中： 图1是本专利技术的机器人零力控制方法的流程图； 图2是本专利技术的机器人零力控制系统的结构示意图；图3是速度反馈与计算得到的外力力矩之间关系示意图。【具体实施方式】 为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本专利技术的【具体实施方式】。 如图1所示，是本专利技术的机器人零力控制方法的流程图； 本专利技术的机器人零力控制方法，包括： Sl、基于惯性力、离心力、科里奥利力、粘摩擦力、静摩擦力、重力，建立机器人动力 学模型； S2、基于所述机器人动力学模型以及反馈数据，计算机器人各个关节的外力力矩； S3、根据步骤S2中计算的外力力矩计算速度指令； S4、根据速度指令以及位置反馈计算位置指令。其中，步骤Sl中的所述动力学模型为：其中，B(q)为NXN惯量矩阵，C1(Q)为NXN离心力矩阵，为NXN科里奥利力 矩阵，Fv为NXN粘本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机器人零力控制方法，其特征在于，包括：S1、基于惯性力、离心力、科里奥利力、粘摩擦力、静摩擦力、重力，建立机器人动力学模型；S2、基于所述机器人动力学模型以及反馈数据，计算机器人各个关节的外力力矩；S3、根据步骤S2中计算的外力力矩计算速度指令；S4、根据速度指令以及位置反馈计算位置指令。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，屈云飞，
申请(专利权)人：深圳市汇川技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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