[发明专利]一种机器人姿势保持拖动示教的方法及系统

说明书

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种机器人姿态保持拖动示教的方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1：获得t时刻的机器人所有关节的角度值向量、位姿向量以及速度向量；步骤2：建立机器人关节空间控制模型；步骤3：计算机器人在t时刻下机器人所有关节的期望驱动力矩值：步骤4：将t时刻下所有关节的期望驱动力矩向量中的每个关节的期望驱动力矩值与该关节的安全阈值进行对比，实现姿态保持的拖动示教。本发明能在姿态保持固定的状态下拖动机器人末端执行器在任务空间中运动，扩展了拖动示教的应用场景。

技术领域

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种机器人姿态保持拖动示教的方 法及系统。

背景技术

工业机器人在投入生产之前通常需要编程者采用各种示教方法“告知” 机器人所要进行的动作信息和作业信息，现有的示教方法包括示教盒示教和拖 动示教。传统的示教盒示教要求操作者具有一定的机器人技术知识和经验，示 教效率较低。与示教盒示教相比，拖动示教可以无需操作者具备机器人编程经 验，操作简单且快速，极大地提高了示教的友好度和效率。

现有的拖动示教方法是通过建立机器人逆动力学模型，求解各关节在任意 角度时需要补偿的重力矩和摩擦力矩来实现的。然而在机器人的实际使用过程 中，往往要求在拖动示教过程中保持末端执行器姿态的固定，例如医药行业常 出现的移液操作。现有的拖动示教方法无法满足此类使用要求，造成拖动示教 方法实际应用中的不便。

发明内容

为了解决现有技术中存在的拖动示教过程中末端执行器姿态无法固定导 致实际应用中不便的问题，本发明提供了一种机器人姿态保持拖动示教方法及 系统，采用如下的技术方案：

一种机器人姿态保持拖动示教的方法，包括以下步骤：

步骤1：获得t时刻的机器人所有关节的角度值向量q、位姿向量X以及速 度向量t≥0；

步骤2：设置拖动硬度参数、拖动阻尼参数、所有关节的安全阈值和运动 模型参数，建立机器人关节空间控制模型；

步骤3：将步骤1测量的t时刻所有关节的角度值向量q、位姿向量X以及 速度向量代入步骤2建立的机器人关节空间控制模型，采用式Ⅰ计算机器人 在t时刻下机器人所有关节的期望驱动力矩值：

其中，Γ表示t时刻机器人所有关节的期望驱动力矩向量，J(q)表示t时刻的 机器人速度雅各比矩阵，B表示拖动阻尼参数，K表示拖动硬度参数，X^d表示 t时刻下期望位姿向量，表示t时刻下期望速度向量，G表示t时刻下所有关 节的重力补偿向量；

步骤4：将步骤3得到的机器人在t时刻下所有关节的期望驱动力矩向量 中的每个关节的期望驱动力矩值与该关节的安全阈值进行对比，若均未超出安 全阈值则将所有关节的期望驱动力矩值发送给关节电机驱动系统，实现姿态保 持的拖动示教，若存在超出安全阈值的期望驱动力矩值，则向关节电机驱动系 统发送停止运动指令。

一种机器人姿态保持拖动示教系统，该示教系统包括：参数设置模块、状 态观测模块、模型构建模块、力矩计算模块和安全保护模块；

所述参数设置模块，用于设置拖动硬度参数、拖动阻尼参数、所有关节的 安全阈值和机器人关节空间控制模型需要的运动模型参数；

所述状态观测模块，用于监测所述机器人在某一时刻的所有关节的角度测 量值；

所述模型构建模块，用于建立机器人关节空间控制模型；

所述力矩计算模块，用于计算获得某一时刻下机器人所有关节的期望驱动 力矩值；

所述安全保护模块，用于根据某一时刻下机器人所有关节的期望驱动力矩 值和每个关节的安全阈值，判断所述机器人是否处于安全状态，并根据所述状 态输出机器人停止运动指令。