[发明专利]一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法

权利要求书

1.一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，操作人员穿戴动作采集器，利用所述仿人双臂机器人头部视觉远程观察作业环境，并基于自身经验进行运动；

步骤S2，基于人体的运动状态通过形似控制得到所述仿人双臂机器人的规划信息；

步骤S3：在形似控制的基础上，进行神似控制，使所述仿人双臂机器人表现出与人类相似的作业性能；

所述动作采集器包括两个杆件，以及7个关节，具有7个自由度；所述动作采集器能够对人体运动信息进行采集，并将人体运动动作转换为其运动关节角度Θ_c与关节角速度

所述仿人双臂机器人的每个臂为7自由度冗余机械臂，具有与所述动作采集器相对应的7个关节；

其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

步骤S31，根据动作采集器雅可比矩阵计算得到人手臂末端运动速度；

步骤S32，基于矩阵映射计算得到所述仿人双臂机器人末端运动速度；

步骤S33，基于人速度-刚度规律得到所述仿人双臂机器人作业时末端刚度；

步骤S34，基于导纳控制得到所述仿人双臂机器人末端运动速度；

步骤S35，基于机器人雅可比伪逆计算得到所述仿人双臂机器人作业时关节运动规划信息；

所述步骤S32进一步包括：根据人手臂末端坐标系{C}到所述仿人双臂机器人末端坐标系{R}的旋转矩阵得到人手臂末端速度在所述仿人双臂机器人末端坐标系{R}下的表示为:

所述步骤S33进一步包括：根据柔顺刚度与期望速度之间的变化规律：

K为虚拟刚度矩阵，K₀为6维向量，代表初始刚度值，α为刚度随速度的变化系数，为6维向量，代表预设的最大末端速度，为6×1的末端实际速度，为6维向量，表示归一化的速度值，为速度与刚度的映射函数；选用logistic函数作为映射函数其表达式如下：

其中P₀为初始值，λ为终值，r为衡量曲线变化快慢的系数；

通过上述公式通过人末端运动速度获取所述仿人双臂机器人末端刚度值；

所述步骤S34进一步包括：当所述仿人双臂机器人与环境发生接触，产生接触力f_H，通过阻抗控制方程获取所述仿人双臂机器人在此接触力作用下的速度公式如下，

式中M、C分别为末端虚拟质量矩阵、虚拟阻尼矩阵；虚拟质量矩阵M与虚拟阻尼矩阵C设定为定值，则所述仿人双臂机器人末端运动速度仅与虚拟刚度矩阵K有关，由此通过人体末端运动得到所述仿人双臂机器人末端与环境发生碰撞时由于接触力产生的末端柔顺运动速度

所述步骤S35采用雅可比伪逆的方式获取所述仿人双臂机器人各关节的运动速度具体公式如下：

2.根据权利要求1所述的一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

步骤S21，分别计算动作采集器两个杆件的姿态信息；

步骤S22，通过姿态等效得到所述仿人双臂机器人两个杆件的姿态信息；

步骤S23，根据所述仿人双臂机器人双杆姿态分别计算得到所述仿人双臂机器人关节角度，得到所述仿人双臂机器人形似控制所需的各个关节角。

3.根据权利要求2所述的一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，其特征在于，所述步骤S21中的两个杆件的姿态信息包括第一杆件的姿态矩阵以及第二杆件的姿态矩阵

4.根据权利要求3所述的一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，其特征在于，所述步骤S22进一步包括根据所述第一杆件、第二杆件的姿态矩阵和得到所述仿人双臂机器人期望的杆件姿态矩阵和

5.根据权利要求4所述的一种结合形似与神似的仿人双臂机器人运动规划控制方法，其特征在于，所述步骤S23进一步包括基于求逆解得到所述仿人双臂机器人肩部的第一关节、第二关节、第三关节的角度值θ_r1、θ_r2、θ_r3，基于求逆解得到所述仿人双臂机器人腕部的第五关节、第六关节、第七关节的角度值θ_r5、θ_r6、θ_r7；基于动作采集器肘部第四关节的角度θ_c4得到所述仿人双臂机器人肘部的第四关节的角度为θ_r4＝_c4。