[发明专利]一种触觉传感器模块、装置及移动操作机器人控制方法

权利要求书

1.一种基于触觉传感器模块的移动操作机器人控制方法，其特征在于，应用于一种基于触觉传感器模块的机器人装置，所述控制方法包括：

将预设大小的外力施加在扭矩控制的机器人浮动底座上；

通过导纳控制法将所述外力产生的虚拟控制力矩转换为机器人行进所需的速度，速度模型为：其中，M_v,M_v为机器人主对角线质量矩阵，D_v为阻尼矩阵，V_v∈R³为移动底盘的扭矩向量，n_B为移动底盘的自由度数量；

其中，所述基于触觉传感器模块的机器人装置包括一种触觉传感器模块，其中，当一个预设大小外力施加在所述机器人的底座上时，形成一个由扭矩控制的浮动底座系统；

其中，所述触觉传感器模块，包括至少一个触觉传感器单元，所述触觉传感器单元分布在机器人移动平台底座上，所述触觉传感器单元为由5层平行板组成的电容传感器，其中，第一层平行板设为第一刚性非导电材料；第二层平行板设为第一导电材料，所述第一导电材料构成了电容器传感器的第一终端，所述第一终端与地面相连；第三层平行板设为软电介质材料，第四层平行板设为第二导电材料，所述第二导电材料构成了电容器传感器的第二终端，所述第二终端与机器人触摸板的电极相连；第五层平行板设为第二刚性非导电材料；所述第一终端与所述第二终端的距离d_i与电容变量C_i之间的关系为：

其中，α为电介质的导电率，S为第一终端或第二终端的表面积，α参数和S参数为常量；

所述触觉传感器模块包括11个触觉传感器单元，11个所述触觉传感器单元分布在所述机器人移动平台底座的前侧和左右两侧，构成一维的触觉阵列，用于测量移动平台周围纵向的力分布；

所述机器人移动平台底座的左右两侧分别设置有四个所述触觉传感器单元，所述机器人移动平台底座的前侧设置有三个所述触觉传感器单元；

其中，所述控制方法还包括：

将所述速度模型扩展到机器人全向移动底盘中，移动平台的运动学模型为：

其中，分别为机器人机械臂关节矩阵、科里奥利离心矩阵及重力向量；φ,为当前机器人全身关节位置、速度及加速度；为机器人机械臂外部矩阵及控制矩阵；n_A为移动协作机器人整体自由度；

其中，所述控制方法还包括：

控制所述机器人的全身控制器产生的扭矩参考值传递到所述机器人全向移动底盘的控制器和所述机器人机械臂的控制器中；

通过所述移动平台的运动学模型获取所述机器人机械臂与所述机器人全向移动底盘坐标系运动的运动链联系；

通过外界坐标系、笛卡尔阻抗控制算法及所述扭矩参考值确定机器人的全身扭矩值，即所述触觉传感器模块的感知力；

其中，所述通过外界坐标系、笛卡尔阻抗控制算法及所述扭矩参考值确定机器人的全身扭矩值，即所述触觉传感器模块的感知力包括：

ν_C＝W^-1M^-1J^TΛwΛ^-1F+(I-W^-1M^-1J^TΛwJM^-1)ν₀；

Λ_W＝J^-TMWMJ^-1；

Λ＝(JM^-1J^T)^-1；

其中，Λ,Λ_W∈R^6×6分别为加权了的和未加权的笛卡尔惯性；J,分别为移动协作机器人整体雅各比矩阵和动态雅各比矩阵；I∈R^6×6为动态矩阵；

零空间力矩阵ν₀∈Rⁿ用于产生与笛卡尔力F不干涉的运动，正定加权矩阵W∈R^n×n被定义为：

W(φ)＝H^TM^-1(φ)H；

式中H∈R^n×n是对角线正定控制器加权矩阵，是根据定位操纵增益η_A,η_B动态选择的：

因此，所述触觉传感器模块的感知力与所述全身控制器的关系：

式中x,是目前末端执行器的姿势和扭力；D_d,K_d∈R^6×6是移动协作机器人所需的笛卡尔硬度和阻尼；

所述通过外界坐标系、笛卡尔阻抗控制算法及所述扭矩参考值确定机器人的全身扭矩值，即所述触觉传感器模块的感知力还包括：

零位空间扭矩ν₀为：

2.根据权利要求1所述的一种基于触觉传感器模块的移动操作机器人控制方法，其特征在于，所述机器人机械臂为具有力学反馈感知能力的协作机械臂。