[发明专利]一种复合机器人人机协作系统及其交叉耦合力控制方法

说明书

本发明提供了一种复合机器人人机协作系统，包括多核一体化机器人控制器、复合机器人、电机驱动模块、力信息采集模块、位置与速度检测模块以及相机与激光检测模块。本发明还提供了一种复合机器人人机协作系统的交叉耦合力控制方法，将机械臂的力/力矩信息反馈给底盘的力/位混合控制系统，将底盘的力/力矩信息反馈给机械臂的力/位混合控制系统。本发明提供的复合机器人人机协作系统，通过多核一体化机器人控制器的设置，实现复合机器人底盘和机械臂的一体化控制；同时，通过交叉耦合力控制方法，实现机械臂、底盘之间的交叉力信息传递以及人机协作控制；能够实现一体化控制、完成人机协作。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种复合机器人人机协作系统及其交叉耦合力控制方法。

背景技术

复合机器人作为新一代机器人的典型代表，集工业、移动、协作机器人优点于一身，具有人机融合、安全易用、灵敏精准及灵活通用等特征，改变了传统机器人的工作模式，在工业生产、社会服务、康复医疗、特种作业等领域具有广阔的应用前景，已经成为引领未来机器人发展的重要方向。

然而，当前国内外主流复合机器人或移动机械臂往往将机械臂与移动底盘分别独立控制，不能充分发挥复合机器人的性能优势，尤其在人机协作方面，当前的主流复合机器人产品不具备完善的人机协作功能，只是机械臂具有协作功能，而复合机器人不具有整体人机协作功能，不能通过机械臂的牵引实现复合机器人底盘的运动。以德国KUKA公司的KWRiiwa复合机器人为例，其采用全方位Mechanum轮底盘搭载LBR iiwa 7轴协作机械臂组成复合机器人，机械臂具有人机协作功能，而整个复合机器人不具备整体协作功能，牵引机械臂时并能实现移动平台的运动。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种能够实现一体化控制、完成人机协作的复合机器人人机协作系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种复合机器人人机协作系统，包括多核一体化机器人控制器、复合机器人、电机驱动模块、力信息采集模块、位置与速度检测模块以及相机与激光检测模块；所述相机与激光检测模块用于实现对视觉和激光信息的采集并反馈给多核一体化机器人控制器；所述力信息采集模块用于采集关节力矩并反馈给多核一体化机器人控制器；所述位置与速度检测模块用于检测复合机器人的位置和速度信息并反馈给电机驱动模块；所述多核一体化机器人控制器与所述电机驱动模块连接，用于对所述电机驱动模块进行伺服控制；所述多核一体化机器人控制器包括用于完成示教与编程功能的第一控制器核、用于完成复合机器人的运动规划与控制的第二控制器核、用于完成视觉识别和图像分析的第三控制器核以及用于完成激光导航的第四控制器核。

一些实施例中，所述第一控制器核包括示教编程模块，所述第二控制器核包括轨迹规划模块、运动学计算模块、动力学计算模块和力控制模块，所述第三控制器核包括视觉计算模块，所述第四控制器核包括导航模块；所述视觉计算模块接收所述相机与激光检测模块反馈的视觉和激光信息；所述导航模块根据所述视觉和激光信息进行路径计算和路径规划；所述轨迹规划模块计算并输出控制信号给电机驱动模块；所述力控制模块接收所述力信息采集模块的反馈并对复合机器人进行交叉耦合力控制。

一些实施例中，所述第一控制器核通过串口和以太网与外部通信，所述第二控制器核通过CAN和以太网控制自动化技术与外部通信，所述第三控制器核通过以太网和USB与外部通信，所述第四控制器核通过USB与外部通信。

本发明还提供了一种复合机器人人机协作系统的交叉耦合力控制方法，包括，

组建机械臂的可在位置闭环和力矩闭环之间切换的力/位混合控制系统；

组建底盘的可在位置闭环和力矩闭环之间切换的力/位混合控制系统；

根据需要将机械臂在位置闭环和力矩闭环进行切换，并将底盘在位置闭环和力矩闭环进行切换；