[发明专利]基于动态系统的机器人速度控制

权利要求书

1.一种机器人系统，包括：

端部执行器，和

与所述端部执行器通讯的控制系统，包括：

处理器；

动态系统模块(DSM)，其经由流向量场处理一组输入，并且输出控制速度命令，其中该组输入包括所述端部执行器的实际位置、所述端部执行器的期望目标位置、和所述端部执行器的示范的参考路径；和

速度控制模块(VCM)，其与所述动态系统模块通讯，其中所述速度控制模块接收所述端部执行器的实际速度和所述控制速度命令作为输入，并且生成电机转矩命令至所述端部执行器作为输出命令；

其中所述控制系统采用预定的一组微分方程，以实时地生成所述端部执行器的运动轨迹，所述运动轨迹近似于示范的参考路径，并且其中所述控制系统编程为响应于所述端部执行器的运动的扰动，经由所述速度控制模块而实时地适应或修改所述端部执行器的运动，并且

其中所述动态系统模块包括路径变换模块和路径混合模块，其中所述路径变换模块编程为变换流向量场的参考系，而所述路径混合模块将可调线性插值结合到微分方程中，以将从开始位置向前绘制的所述端部执行器的路径与从目标位置向后绘制的路径混合在一起。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述控制系统可操作为向限定流向量场的流向量场函数附加旋转所述流向量场函数的参考系的变换，以将示范的路径的取向与新起点和目标位置的取向相匹配。

3.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述端部执行器为机器人夹钳。

4.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述速度控制模块以至少高于所述动态系统模块的循环速率的5倍的循环速率操作。

5.如权利要求4所述的机器人系统，其中所述动态系统模块的循环速率为20-40Hz，而所述速度控制模块的循环速率为100-1000Hz。

6.一种基于动态系统的机器人速度控制方法，包括：

经由具有预定流向量场的动态系统模块(DSM)处理一组输入，该组输入包括机器人系统的端部执行器的实际位置、所述端部执行器的期望目标位置、和所述端部执行器的示范的参考路径，所述处理包括使用预定的一组微分方程实时地生成所述端部执行器的运动轨迹，以近似于示范的参考路径；

经由所述动态系统模块输出控制速度命令；

经由速度控制模块(VCM)接收并处理所述端部执行器的实际速度和来自于所述动态系统模块的控制速度命令；

经由所述速度控制模块生成到所述端部执行器的电机转矩命令，以由此响应于端部执行器的运动的扰动而实时地适应或修改所述端部执行器的运动；以及

经由控制系统的路径变换模块变换流向量场的参考系，并且经由所述控制系统的路径混合模块将可调线性插值项结合进微分方程以将从开始位置向前绘制的所述端部执行器的路径与从目标位置向后绘制的路径混合在一起。

7.如权利要求6所述的机器人速度控制方法，进一步包括向限定所述流向量场的流向量场函数附加旋转所述流向量场函数的参考系的变换，从而将示范路径的取向与新起点和目标位置的取向相匹配。

8.如权利要求6所述的机器人速度控制方法，其中将电机转矩命令传递至所述端部执行器包括将电机转矩命令传递至机器人夹钳。

9.如权利要求6所述的机器人速度控制方法，进一步包括以至少高于所述动态系统模块的循环速率的5倍的循环速率操作所述速度控制模块。

10.如权利要求9所述的机器人速度控制方法，其中所述动态系统模块的循环速率为20-40Hz，而所述速度控制模块的循环速率为100-1000Hz。