[发明专利]一种基于决策树的协作机器人碰撞检测方法

说明书

本发明属于协作机器人自动化控制领域，具体说是一种基于决策树的协作机器人碰撞检测方法。包括以下步骤：针对机器人，构建运动学模型；对运动学模型进行奇异点分析，去除机器人处在奇异点时的情况；根据运动学重力补偿理论，得到机器人的理论力矩；使用机器人驱动器数据以及机器人的理论力矩对决策树模型进行训练；将实时机器人驱动器数据和理论力矩输入到训练好的决策树模型中，得到当前时刻机器人是否发生碰撞。本发明基于决策树的机器学习算法以速度、加速度、实时力矩、理论力矩、实时力矩的导数作为判断依据，数据考虑更全面，更准确。

技术领域

本发明属于协作机器人自动化控制领域，具体说是一种基于决策树的协作机器人碰撞检测方法。

背景技术

在人与机器人协同工作的今天，协作机器人已经逐渐进入到人类自动化生产线的各个环节。防止碰撞和安全动作的执行是冗余度机械臂控制系统设计中的一个基本问题。协作机器人不仅可以像传统机器人一样示教工作，而且可以与人一起协作完成工作。基于关节型的协作机器人因为其设计理念，每个关节可以进行解耦分析，可以借助驱动器力矩力控等技术实现碰撞保护功能。因为其成本低，使用灵活以及部署方便等特点日益得到用户的认可。

目前协作机器人碰撞保护检测手段通常考虑当前关节力矩与计算获取的理论动力学力矩相比较，当差值超过碰撞阈值即产生触发碰撞响应。必须保证避免机械臂与环境中可能存在的障碍发生碰撞，避免机械臂临界状态的规避。过渡到临界状态可能会导致机械手设备的损坏。控制系统的设计使冗余机械手不会损坏自身，以避免临界状态或与其他物体碰撞。现有碰撞保护易受温度变化，机器人运行速度的影响，机器人在长时间高温运行后，碰撞效果直线下降，导致碰撞失灵。

发明内容

本发明的目的是开发一种基于决策树的协作机器人碰撞检测方法。通过该方法实现基于机器人学习的智能碰撞检测方法，进而实现复杂环境下的碰撞保护，保护机器人与外部环境。与单一检测碰撞力矩差值相比，该方法以机器人速度、加速度、跟踪从、力矩、力矩倒数为输入参数，采用向量机在高纬空间对其分类，实现碰撞检测功能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于决策树的协作机器人碰撞检测方法，包括以下步骤：

针对机器人，构建运动学模型；

对运动学模型进行奇异点分析，去除机器人处在奇异点时的情况；

根据运动学重力补偿理论，得到机器人的理论力矩；

使用机器人驱动器数据以及机器人的理论力矩对决策树模型进行训练；

将实时机器人驱动器数据和理论力矩输入到训练好的决策树模型中，得到当前时刻机器人是否发生碰撞。

所述构建运动学模型，具体为：所述机器人具有包括肩转、肩摆、肘转、肘摆、肘转和手摆的6个自由度，根据MDH坐标传递矩阵，建立各个运动轴坐标间的转换关系：

其运动学总体解为：