申请/专利权人：华中科技大学

申请日：2021-12-31

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN114102636B

主分类号：B25J11/00

分类号：B25J11/00;B25J9/16;B25J18/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2022.03.18#实质审查的生效;2022.03.01#公开

摘要：本发明属于遥操作机器人相关技术领域，其公开了一种遥操作机器人的焊缝打磨控制系统及其设计方法和应用，该系统包括主端机器人、从端机器人、相机、主端控制器和从端控制器，其中：主端机器人为触觉设备，其端部设有第一六维力传感器；从端机器人的端部设有第二六维力传感器和打磨盘，所述第二六维力传感器用于获取从端机器人末端的力和力矩；相机用于采集所述主端机器人端部和从端机器人端部的位移；主端控制器和从端控制器均采用广义遥操作四通道控制结构，包括滑模控制器和扰动观测器，其中，所述广义遥操作四通道控制结构用于传输力、力矩和位移；滑模控制器用于控制位移和力矩，扰动观测器用于控制扰动项。本申请可以实现精确自适应打磨。

主权项：1.一种遥操作机器人的焊缝打磨控制系统的设计方法，其特征在于，所述系统包括主端机器人、从端机器人、相机、主端控制器和从端控制器，其中：所述主端机器人为触觉设备，其端部设有第一六维力传感器，用于获取主端机器人末端的力和力矩；所述从端机器人的端部设有第二六维力传感器和打磨盘，所述第二六维力传感器用于获取从端机器人末端的力和力矩；所述相机用于采集所述主端机器人端部和从端机器人端部的位置；所述主端控制器和从端控制器均采用广义遥操作四通道控制结构，所述主端控制器还包括滑模控制器和扰动观测器，其中，所述广义遥操作四通道控制结构用于传输所述力、力矩和位置；所述滑模控制器用于控制所述位置和力矩，所述扰动观测器用于控制扰动项，所述方法包括：S1：建立包含摩擦力和扰动项的主端机器人和从端机器人的动力学模型；S2：基于所述动力学模型获取广义遥操作四通道控制结构的控制矩阵，以通过所述控制矩阵实现主端机器人和从端机器人力矩和位置的预测和跟踪；S3：将所述广义遥操作四通道控制结构的位置和力矩通道设置为滑模控制器控制；S4：建立摩擦力模型和扰动观测器的扰动项模型；S5：基于所述摩擦力模型和扰动项模型获取所述动力学模型中的摩擦力和扰动项；所述摩擦力模型为： 其中，f为摩擦力，为位移的一阶导数即速度，kv为粘滞摩擦力系数，kc为库伦摩擦力系数；所述粘滞摩擦力系数kv和库伦摩擦力系数kc通过实验法辨识得到；所述主端机器人的动力学模型为： 所述从端机器人的动力学模型为： 其中，Mm为主端机器人的质量惯性矩阵，θm为主端位移信号，τh为主端的操作力矩，um为主端的控制输入，Dm为主端的扰动项，fm为主端的摩擦力，Cm为主端的科氏力矩阵，Gm为主端的重力矩阵，Ms为从端机器人的质量惯性矩阵，θs为从端位移信号，τs为从端的环境力矩，us为从端的控制输入，Ds为从端的扰动项，fs为从端的摩擦力，Cs为从端的科氏力矩阵，Gs为从端的重力矩阵；所述控制矩阵为： 其中，为控制参数，xm为主端机器人机械臂的位置，为主端机器人机械臂的位置的一阶导数，xs为从端机器人机械臂的位置，为从端机器人机械臂的位置的一阶导数，fh为操作者与主端机器人机械臂的相互作用力，fe为从端机器人机械臂与环境之间的相互作用力；所述控制矩阵的控制目标为：xm＝xsfh＝fe所述滑模控制器的滑模面sm为： 其中，em为主端理想轨迹和实际轨迹的误差，em＝θm-θmd，θmd为理想轨迹，γm为增益，γm＝diag{γm1,…,γmi,…,γmw}，i为第i个关节，w为机器人总关节数；所述滑模面的控制律um为： 其中，Mm0为质量惯性矩阵，km结构如下，Gm0为重力矩阵，vm为增益，vm＝diag{vm1,…,vmi,…vmw}，satsm为饱和函数， β为正边界，为扰动估计值，Cm0为增益值；所述扰动项模型为： 其中，P为广义动量，τext为扰动项。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 华中科技大学 遥操作机器人的焊缝打磨控制系统及其设计方法和应用

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