[发明专利]机器人装置

说明书

本文描述的某些示例提供了一种控制机器人装置的方法，该机器人装置包括主体、通过一个或多个关节联接到主体的末端执行器、以及驱动一个或多个关节以控制机器人装置的状态的推进系统。示例方法包括对机器人装置应用阻抗控制；确定末端执行器的参考轨迹；检测机器人装置上的导致偏离参考轨迹的施加的外力和/或扭矩；计算要施加到一个或多个关节中的一个或多个关节的调整，以补偿检测到的施加的外力和/或扭矩；以及使用所计算的调整来控制一个或多个关节，以致动末端执行器并恢复末端执行器的参考轨迹。

技术领域

本发明涉及一种控制机器人装置的方法、配置为执行该方法的控制器以及包括该控制器的机器人装置。

背景技术

阻抗控制是控制机器人装置的已知方法。例如，阻抗控制可以用于控制机器人装置，该机器人装置包括具有末端执行器的机械臂，该末端执行器配置为执行某些任务，例如抓取、提升和操纵物体，或者例如在板上书写或擦拭表面。在这种情况下，阻抗控制允许基于施加在末端执行器上的力与末端执行器的位置之间的关系来控制末端执行器。通过阻抗控制，力输出与运动输入的比率实际上可以通过将机械臂建模为质量-弹簧-阻尼器系统来控制。在人类环境中执行此类任务时，阻抗控制可能特别有用。具体而言，例如，阻抗控制在希望由人与机械臂交互产生的力与机械臂应当移动多快有关的情况下可能是有用的。然而，阻抗控制也可以应用于在非人类环境的其他环境中控制机器人，例如，在避免机器人装置损坏环境中存在的物体很重要的情况下，例如在工厂设置中。

在与环境的某些交互过程中，未知负载可能会作用在机器人装置上。例如，如上所述，机械臂可以通过使用适当的末端执行器承担起提升物体的任务。在某些情况下，被提升物体的质量可能是未知的，因此作用在末端执行器上的负载可能是未知的。在典型的阻抗控制方案中，这种未知负载可能会导致末端执行器的期望位置出现误差，而未知负载会改变用作质量-弹簧-阻尼器系统的末端执行器的平衡位置。这在本文中也可以称为导致末端执行器偏离其“参考轨迹”的负载。这可能是不希望的，尤其是在需要对末端执行器的位置进行密切控制的情况下，例如执行特定任务时。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种控制机器人装置的方法，该机器人装置包括主体、通过一个或多个关节联接到主体的末端执行器、以及驱动一个或多个关节以控制机器人装置的状态的推进系统，该方法包括：对机器人装置应用阻抗控制；确定末端执行器的参考轨迹；检测机器人装置上导致偏离参考轨迹的施加的外力和/或扭矩；计算要施加到一个或多个关节中的一个或多个的调整，以补偿检测到的施加的外力和/或扭矩；以及使用所计算的调整来控制一个或多个关节，以致动末端执行器并恢复末端执行器的参考轨迹。

根据本发明的示例方法可以用于施加外力和/或扭矩的效果，同时通过使用阻抗控制方案继续控制末端执行器。例如，可以在不影响机器人装置的阻抗控制行为的情况下补偿外力和/或扭矩。例如，机器人装置的运动的感知刚度可以保持不变，而由外力和/或扭矩导致的末端执行器的位置相对于参考轨迹的静态误差被“校正”。本发明的其他优点将从本公开的其余部分变得明显。

该方法可以进一步包括估计由施加的外力和/或扭矩引起的施加到一个或多个关节的关节力和/或扭矩。因此，可以估计外力和/或扭矩对机器人装置的相对于一个或多个关节的影响，从而可以计算补偿该影响的适当调整。

调整可以是施加到一个或多个关节的关节力和/或扭矩。例如，可以施加关节扭矩来提供调整。在一些示例中，该调整可以作为施加到关节的“预加载”扭矩和/或力，允许在通过应用阻抗控制继续控制末端执行器的同时补偿施加的外力和/或扭矩。

检测到的施加的外力和/或扭矩可能是由于作用在末端执行器上的外力造成的。因此，在一些示例中，该方法可以补偿施加在末端执行器处的外力的影响。