[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

说明书

本发明公开了一种触觉传感器模块、装置及移动操作机器人控制方法，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所述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；当压缩力施加到外部终端时，软体电介质被用来改变终端之间的距离，提高了移动协作机器人的安全性；触觉传感器模块的扩展笛卡尔坐标系整体控制算法，实现了人机交互状态下的移动协作机器人整体控制；利用整体控制算法提高了移动协作机器人的工作效率及安全性，大幅提高了移动协作机器人在工业应用中的工作效率。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种触觉传感器模块、装置及移动操作机器人控制方法。

背景技术

在现阶段机器人的应用中，尤其是工业应用中，机械臂的运动轨迹一般是通过用户预先定义的，移动机器人完成操作，多是将底盘运动与机械臂运动分布完成预设，然后让机器人或机械臂按照计划重复执行即可。这种模式运行的机械臂无法面对环境的变化，或者突如其来的扰动。在面对复杂障碍物及人机共存的环境下具有很多奇异点的同时无法严格保障人机安全。更重要的是，这种机器人控制模式不能很好的实现工作任务，在抓取等关键操作上往往由于位姿奇异点造成工作失误。

发明专利《一种基于移动机械臂整体控制的动态目标跟踪抓取方法》(202210092512.X)中公开了一种基于视觉目标跟踪的整体控制算法，该方法通过对机械臂和移动底盘进行联合建立运动学模型，根据作业目标进行联合运动控制，增大了移动机械臂作业过程中的运动灵活性和作业范围；发明专利《一种冗余机械臂的追踪控制方法、装置及介质》(202111216835.7)中提供了一种冗余机械臂的追踪控制方法，通过基于双CMAC神经网络的控制方式，能够采用无模型方法完成冗余机械臂追踪控制任务，更好的应对各种不确定性因素给模型参数带来的干扰；另外，发明专利《一种步进式电动轮椅的整体控制系统》(202122764289.2)中设计了基于整体控制的移动轮椅，通过整体控制方法实现轮椅辅助的安全性。

以上现有技术虽然都实现了机器人的整体控制，但上述专利所提出的整体控制算法大部分依赖于视觉传感信息及连续运动链，没有从根本上解决冗余自由度造成的奇异点问题。因此，如何从根本上解决冗余自由度造成的奇异点问题以提高移动协作机器人的工作效率、工作过程中的安全性及操作平顺性已成为该领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种触觉传感器模块、装置及移动操作机器人控制方法，本方案中，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所述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；当压缩力施加到外部终端时，软体电介质被用来改变终端之间的距离，提高了移动协作机器人的安全性；触觉传感器模块的扩展笛卡尔坐标系整体控制算法，实现了人机交互状态下的移动协作机器人整体控制；利用整体控制算法提高了移动协作机器人的工作效率及安全性，大幅提高了移动协作机器人在工业应用中的工作效率。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种触觉传感器模块，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所述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之间的线性关系为：

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。

优选地，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。