【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，特别涉及一种机械臂协同模式下的重力补偿方法及重力补偿系统。
技术介绍
1、机械臂是一种可编程的，具有与人类手臂相似功能的机械装置，机械臂通过各个关节的连接，可以使机械臂的末端完成各种类型的旋转运动或平移运动，因其独特的操作灵活性被广泛应用于工业生产的各领域中。
2、机械臂可以设置在特定区域内按程序独立执行既定操作，也可协同人工进行高效率和高精度的人机协同操作，这类可进行人机协同操作的机械臂一般称为协作性机械臂，协作性机械臂可根据人体对机械臂的接触作出反应，允许操作人员和机械臂共享操作空间，被广泛应用于教育娱乐、医疗健康和高端制造业等领域。
3、协作性机械臂在人机协同操作时，操作者会通过手动拖动机械臂将机械臂末端拖动至指定位置，以配合操作者完成各种操作。由于机械臂的自重一般都较大，在实际的拖动过程中仅依靠操作者施加的外力进行拖动会有很大的负担，因此机械臂的控制系统会根据机械臂的自重等参数进行重力补偿，使机械臂能做到“零力控制”，即在拖动示教的过程中，机械臂能很好的顺应外力进行运动，仿佛不受机械臂本身重力影响，这种零力控制技术降低了拖动示教的负担，增加了操作者在拖动机械臂的流畅性。
4、但协作性机械臂在实际应用时，由于机械臂的末端会夹持各种类型的末端工具以实现多种功能，为了使机械臂在夹持了末端工具的情况下依然能实现零力控制，现有技术中需要对机械臂本体和工具分别进行参数标定，然后进行重力补偿，以实现机械臂的零力拖动，但在某些特定情况下，例如在末端工具频繁更换，或者在工作过程中临
5、机械臂在人机协同模式下，操作者会对机械臂进行拖拽操作，在操作者外力干扰下，机械臂的运动状态以及位姿会随时变动，因此，在协同模式下，机械臂控制系统无法通过pid控制实现对机械臂位姿以及运动状态的闭环控制。
6、以医疗领域的骨科手术为例，手术机器人的机械臂末端会夹持手术器械，在协同模式下，医生通过拖拽机械臂使机械臂末端到达手术区域以进行手术操作，在手术过程中，当需要进行磨骨或截骨等骨科操作时，医生还会在手术器械上安装动力工具，以辅助进行磨骨或截骨操作。由于协同模式下机械臂控制系统无法进行pid控制，因此机械臂控制系统也无法通过电机输出的力矩状态自动识别机械臂末端是否安装了动力工具，这样就无法针对动力工具的临时安装或拆卸进行额外的重力补偿，医生安装动力工具进行磨骨或截骨前以及磨骨或截骨完成后均需要手扶机械臂进行拖动定位，否则机械臂会由于临时增加或减少的动力工具导致急速下坠或上升，给患者以及医生带来风险。
7、此外，医生在拖动机械臂进行磨骨或截骨操作时，由于临时增加的动力工具自身重力的影响，机械臂的阻抗力需要有一部分用来克服动力工具的重力，导致在磨骨或截骨时施加的外力不易准确控制，会降低磨骨或截骨的精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种机械臂协同模式下的重力补偿方法及重力补偿系统，以解决现有技术中针对协作机械臂末端临时增加负载或负载变更时无法及时进行重力补偿的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种机械臂协同模式下的重力补偿方法，包括如下步骤：
3、s1：获取机械臂末端未安装负载时机械臂各关节的第一参数信息、以及机械臂末端安装负载后机械臂各关节的第二参数信息；
4、s2：获取机械臂各关节当前的实时参数信息；
5、s3：根据所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述实时参数信息计算所述机械臂的力矩信息和/或运动信息；
6、s4：根据所述机械臂的力矩信息和/或运动信息判断所述机械臂末端当前的负载拆装状态；
7、s5：根据所述机械臂末端当前的负载拆装状态对所述机械臂进行重力补偿。
8、进一步的，所述s1中，所述第一参数信息包括机械臂末端未安装负载时机械臂各关节的重力参数，所述第二参数信息包括机械臂末端安装负载后机械臂各关节的重力参数；
9、所述s2中，所述实时参数信息包括机械臂各关节实时的位置、速度和加速度；
10、所述s3中，根据所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述实时参数信息计算所述机械臂的力矩信息，所述机械臂的力矩信息包括机械臂末端在笛卡尔空间受到的负载的理论重力矩以及机械臂末端当前在笛卡尔空间受到的实际外力矩
11、所述s4中，根据所述理论重力矩和所述实际外力矩判断机械臂末端当前的负载拆装状态。
12、进一步的，所述s3中，根据所述第一参数信息和所述第二参数信息获取机械臂各关节受到的负载的理论重力矩
13、根据所述机械臂各关节受到的负载的理论重力矩和机械臂雅可比矩阵获取机械臂末端在笛卡尔空间受到的负载的理论重力矩
14、进一步的，所述s2中，根据机械臂各关节的编码器读数，获取机械臂各关节的位置；根据机械臂各关节位置通过时间差分得出机械臂各关节的速度；根据机械臂各关节的速度通过时间差分得出机械臂各关节的加速度。
15、进一步的，所述s3中，根据机械臂各关节的位置和正向运动学得到机械臂末端在笛卡尔空间的位置；根据机械臂各关节的速度和机械臂雅可比矩阵得到机械臂末端在笛卡尔空间的速度；根据机械臂各关节的加速度、机械臂雅可比矩阵和雅可比矩阵导数得到机械臂末端在笛卡尔空间的加速度；根据所述第一参数信息和所述第二参数信息得到机械臂的惯量矩阵；根据机械臂末端在笛卡尔空间的位置、速度、加速度、机械臂雅可比矩阵和惯量矩阵，通过牛顿-欧拉迭代动力学算法得到机械臂末端当前在笛卡尔空间受到的实际外力矩
16、进一步的，所述s1中，所述第一参数信息还包括机械臂末端在未安装负载进行协同拖拽时，机械臂各关节的位置、速度和加速度；
17、所述s3中，根据所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述实时参数信息计算所述机械臂的力矩信息和运动信息，所述运动信息包括在当前有限时间内机械臂末端在笛卡尔空间的加速度的斜率值ωcarti、以及机械臂末端在未安装负载进行协同拖拽时，机械臂末端在笛卡尔空间的加速度的理论斜率值区间
18、所述s4中，根据所述理论重力矩和所述实际外力矩判断机械臂末端的负载拆装状态，并根据所述s3中加速度的斜率值ωcarti和所述加速度的理论斜率值区间对机械臂末端的负载拆装状态的判断结果进行校正。
19、进一步的，所述s3中，根据所述实时参数信息计算所述机械臂末端在笛卡尔空间的加速度，然后利用最大似然估计得到当前有限时间内机械臂末端在笛卡尔空间的加速度的斜率值ωcarti。
20、进一步的，所述s1中，所述第一参数信息包括机械臂末端未安装负载时机械臂各关节的重力参数，所述第二参数信息包括机械臂末端安装负载后机械臂各关节的重力参数；
21、所述s2中，所述实时参数信息包括机械臂各关节实时的位置、速度和加速度；
22、所述s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S3中，根据所述第一参数信息和所述第二参数信息获取机械臂各关节受到的负载的理论重力矩
4.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S2中，根据机械臂各关节的编码器读数，获取机械臂各关节的位置；根据机械臂各关节位置通过时间差分得出机械臂各关节的速度；根据机械臂各关节的速度通过时间差分得出机械臂各关节的加速度。
5.根据权利要求4所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S3中，
6.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S2中，根据机械臂各关节的编码器读数，获取机械臂各关节的位置；根据机
9.根据权利要求8所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S3中，根据所述第一参数信息和所述第二参数信息计算得到机械臂各关节受到的负载的所述理论重力矩
10.根据权利要求8所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述S1中，所述第一参数信息还包括机械臂末端在未安装负载进行协同拖拽时，机械臂各关节的位置、速度和加速度；
11.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
12.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
13.一种机械臂协同模式下的重力补偿系统，其特征在于，包括：通信连接的控制器和机械臂，所述控制器包括：
...【技术特征摘要】
1.一种机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述s3中，根据所述第一参数信息和所述第二参数信息获取机械臂各关节受到的负载的理论重力矩
4.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述s2中，根据机械臂各关节的编码器读数，获取机械臂各关节的位置；根据机械臂各关节位置通过时间差分得出机械臂各关节的速度；根据机械臂各关节的速度通过时间差分得出机械臂各关节的加速度。
5.根据权利要求4所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，所述s3中，
6.根据权利要求2所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的机械臂协同模式下的重力补偿方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的机...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，李涛，
申请(专利权)人：苏州微创畅行机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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