本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種用于機(jī)器人基于復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制方法，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括：搭建人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)；采集所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)；通過阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并得到反映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂動(dòng)力學(xué)特性的控制期望模型；通過數(shù)學(xué)映射將控制期望模型的動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明專利技術(shù)能夠增強(qiáng)機(jī)器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，提高機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)能力。力。力。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種機(jī)器人基于復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制方法
[0001]本專利技術(shù)涉及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，屬于機(jī)器人系統(tǒng)控制
技術(shù)介紹
[0002]機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，在復(fù)雜環(huán)境下，導(dǎo)致機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的大范圍穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。而人類可通過雙臂抓握目標(biāo)或接觸環(huán)境實(shí)現(xiàn)身體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。
[0003]北京理工大學(xué)智能機(jī)器人與系統(tǒng)高精尖創(chuàng)新中心研發(fā)了一款雙臂機(jī)器人，該機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器可抓握運(yùn)動(dòng)工具，在雙臂交替運(yùn)動(dòng)過程中，通過將雙臂分為主從臂，并通過基于遺忘因子的力柔順控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定攀爬運(yùn)動(dòng)。
[0004]雖然該雙臂機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙臂攀爬運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)機(jī)器人以較快速度接觸目標(biāo)時(shí)，該控制方法難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的快速穩(wěn)定，可能造成機(jī)器人與環(huán)境的剛性碰撞，進(jìn)而損壞機(jī)器人或環(huán)境。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)的目的在于提供一種機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)仿人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的控制方法，當(dāng)機(jī)器人以較快速度接觸目標(biāo)時(shí)，通過該控制方法可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人像人類一樣穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
[0006]本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下。
[0007]本專利技術(shù)第一方面提供了一種機(jī)器人仿人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制方法，所述機(jī)器人為對稱的雙臂機(jī)器人，每條手臂至少為三自由度，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括：
[0008]搭建人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)；
[0009]實(shí)驗(yàn)人員在所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)上模擬機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下攀爬運(yùn)動(dòng)，并通過相應(yīng)傳感器采集所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)；
[0010]通過阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并得到反映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂動(dòng)力學(xué)特性的控制期望模型；
[0011]通過數(shù)學(xué)映射將控制期望模型的動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人類人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)力感知平臺、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、力學(xué)檢測系統(tǒng)和高速攝像機(jī)。
[0013]優(yōu)選地，所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)包括人體軀干速度、手臂關(guān)節(jié)速度、手臂末端接觸力。
[0014]優(yōu)選地，所述阻尼系統(tǒng)為一階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。
[0015]優(yōu)選地，所述阻尼系統(tǒng)為二階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。
[0016]優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)映射包括力映射和速度映射。
[0017]優(yōu)選地，所述力映射包括基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的從末端期望接觸力到關(guān)節(jié)期望力矩的轉(zhuǎn)換，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在攀爬時(shí)表現(xiàn)出和人類一致的末端接觸力特性。
[0018]優(yōu)選地，所述速度映射對機(jī)器人的期望速度和監(jiān)測速度之間存在的誤差引入增量式PID控制，實(shí)時(shí)微調(diào)各個(gè)關(guān)節(jié)力矩，使得機(jī)器人在保持末端期望接觸力的同時(shí)，達(dá)到和實(shí)驗(yàn)人員一致的關(guān)節(jié)速度和軀干速度。
[0019]本專利技術(shù)第二方面提供了一種機(jī)器人穩(wěn)定控制控制系統(tǒng)，包括：
[0020]人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性建模系統(tǒng)，其用于對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并得到反映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂動(dòng)力學(xué)特性的控制期望模型；
[0021]力映射系統(tǒng)，其用于基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的從末端期望接觸力到關(guān)節(jié)期望力矩的轉(zhuǎn)換，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出和人類一致的末端接觸力特性；
[0022]速度映射系統(tǒng)，其用于對機(jī)器人的期望速度和監(jiān)測速度之間存在的誤差引入增量式PID控制，實(shí)時(shí)微調(diào)各個(gè)關(guān)節(jié)力矩，使得機(jī)器人在保持末端期望接觸力的同時(shí)，達(dá)到和實(shí)驗(yàn)人員一致的關(guān)節(jié)速度和軀干速度。
[0023]本專利技術(shù)第三方面提供了一種機(jī)器人，包括對稱的兩個(gè)手臂，以及根據(jù)本專利技術(shù)第二方面所述的一種機(jī)器人穩(wěn)定控制控制系統(tǒng)。
[0024]通過以上技術(shù)方案，本專利技術(shù)能夠取得如下技術(shù)效果。
[0025](1)通過一階彈簧阻尼系統(tǒng)對人體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模：采用變剛度、變阻尼的一階彈簧阻尼系統(tǒng)對人體攀爬時(shí)表現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行建模，得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制所需的控制期望模型。
[0026](2)通過控制期望模型將人體動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人：通過對人體的動(dòng)力學(xué)特性建模，得到控制期望模型作為機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)期望，并通過數(shù)學(xué)映射將該模型的動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中。
[0027](3)通過力映射和速度映射實(shí)現(xiàn)從期望模型到機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)完全映射：通過力映射實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和人有一致的末端接觸力；通過速度映射實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在保持末端期望接觸力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)和人一致的關(guān)節(jié)速度和軀干速度，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
附圖說明
[0028]圖1是用于穩(wěn)定控制控制的機(jī)器人模型示意圖。
[0029]圖2是圖1中的一階變剛度阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。
[0030]圖3是機(jī)器人穩(wěn)定控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例提供了一種機(jī)器人基于復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制方法，所述機(jī)器人為對稱的雙臂機(jī)器人，每條手臂至少為三自由度，如圖1所示，手臂末端為可抓握扶手或接觸環(huán)境的執(zhí)行器。
[0033]根據(jù)本專利技術(shù)的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)控制方法包括如下步驟。
[0034]搭建人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)；
[0035]實(shí)驗(yàn)人員在所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)上模擬機(jī)器人類人運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，并通過相應(yīng)傳感器采集所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)；
[0036]通過阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并得到反
映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂動(dòng)力學(xué)特性的控制期望模型；
[0037]通過數(shù)學(xué)映射將控制期望模型的動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的仿人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
[0038]在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)力感知平臺、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、力學(xué)檢測系統(tǒng)和高速攝像機(jī)。
[0039]在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)包括人體軀干速度、手臂關(guān)節(jié)速度、手臂末端接觸力。
[0040]在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述阻尼系統(tǒng)為一階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)，如圖2所示。
[0041]在圖2所示的實(shí)施方式中，所述數(shù)學(xué)映射包括力映射和速度映射。
[0042]具體的，所述力映射包括基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的從末端期望接觸力到關(guān)節(jié)期望力矩的轉(zhuǎn)換，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出和人類一致的末端接觸力特性。
[0043]具體的，所述速度映射對機(jī)器人的期望速度和監(jiān)測速度之間存在的誤差引入增量式PID控制，實(shí)時(shí)微調(diào)各個(gè)關(guān)節(jié)力矩，使得機(jī)器人在保持末端期望接觸力的同時(shí)，達(dá)到和實(shí)驗(yàn)人員一致的關(guān)節(jié)速度和軀干速度。
[0044]雖然在圖2所示的實(shí)施方式中采用一階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然而本專利技術(shù)并不局限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可以采用其他阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，例如所述阻尼系統(tǒng)可以為二階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。
[0045]實(shí)施例2
[0046]本實(shí)施例提供了一種機(jī)器人類人穩(wěn)定控制系本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制方法，所述機(jī)器人為對稱的雙臂機(jī)器人，每條手臂至少為三自由度，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括：搭建人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)人員在所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)上模擬機(jī)器人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，并通過相應(yīng)傳感器采集所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)；通過阻尼系統(tǒng)對人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并得到反映人體運(yùn)動(dòng)時(shí)雙臂動(dòng)力學(xué)特性的控制期望模型；通過數(shù)學(xué)映射將控制期望模型的動(dòng)力學(xué)特性映射到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性采集系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)力感知平臺、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、力學(xué)檢測系統(tǒng)和高速攝像機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)人員的動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)包括人體軀干速度、手臂關(guān)節(jié)速度、手臂末端接觸力。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述阻尼系統(tǒng)為一階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述阻尼系統(tǒng)為二階變剛度、變阻尼彈簧阻尼系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1
?
5中任一項(xiàng)所述的一種機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣志宏，李輝，黃銷，徐佳鋒，曹曉磊，莫洋，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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