[发明专利]一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1对牵引机器人过程中的人手操作力进行前处理，得到与环境交互力，并将该与环境交互力转换为机器人末端的期望位姿；

S2设定操作者舒适力，根据该操作者舒适力以及机器人末端实际位姿生成虚阻尼调整策略；

S3根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型，该机器人六自由度导纳控制模型用于获取与环境交互力和期望力之间的偏差力，并根据该偏差力生成机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量；

S4根据机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量对机器人末端实际位姿进行修正，以此方式，使机器人末端能够在基于操作者舒适力的可变导纳控制下顺应性动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述前处理包括滤波处理以及重力补偿处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述虚阻尼调整策略的计算模型为：

其中，为虚阻尼调整策略，为操作者舒适力，为机器人末端实际位姿速度，为预设的最大阻尼，为预设的最小阻尼。

4.根据权利要求1所述的一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，步骤S3中根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型具体包括以下步骤：

S31构建机器末端位置导纳控制模型：

其中，为位置惯性矩阵，为位置阻尼矩阵，为位置刚度矩阵，为位置误差，为速度误差，为加速度误差；

S32构建机器人末端姿态导纳控制模型：

其中，为姿态惯性矩阵，为姿态阻尼矩阵，为姿态刚度矩阵，为由旋转矩阵提取的欧拉角，为的一阶导数，为的二阶导数，为在机器人末端实际姿态下的力矩值，表示欧拉角与机器人末端在笛卡尔空间下的角速度旋转矩阵；

S33根据机器末端位置导纳控制模型和机器人末端姿态导纳控制模型构建机器人末端空间导纳控制模型：

其中，，为质量矩阵，，为阻尼矩阵，，为刚度矩阵，，，为方向误差，为力矩误差。

5.根据权利要求4所述的一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，步骤S3中还需定义机器人末端的最大速度和最大加速度，所述机器人末端的最大速度的计算模型为：

所述机器人末端的最大加速度的计算模型为：

其中，为操作者舒适力，为与环境交互力，M为质量矩阵，D为阻尼矩阵，为机器人末端的实际速度。

6.根据权利要求1所述的一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：

S41根据机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量对机器人末端实际位姿进行修正，获取机器人末端的期望位姿；

S42根据机器人末端的期望位姿获取机器人末端的理想运动关节角，并以此控制机器人末端在基于操作者舒适力的可变导纳控制下顺应性动作。

7.一种基于操作者舒适度的机器人可变导纳控制系统，其特征在于，包括人机交互模块、人手操作力前处理模块、变导纳控制模块以及机器人末端位置控制模块，其中，

所述人机交互模块包括操作者单元以及机器人末端，操作者单元用于牵引机器人末端；

所述人手操作力前处理模块用于将牵引机器人过程中的人手操作力进行前处理，得到与环境交互力；

所述变导纳控制模块根据操作者舒适力以及机器人末端实际位姿生成虚阻尼调整策略，并根据虚阻尼调整策略构建机器人六自由度导纳控制模型，该机器人六自由度导纳控制模型用于获取与环境交互力和期望力之间的偏差力，并根据该偏差力生成机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量；

所述机器人末端位置控制模块根据机器人末端的位置、速度以及加速度的修正量对机器人末端实际位姿进行修正，以此方式，使机器人末端能够在基于操作者舒适力的可变导纳控制下顺应性动作。