【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于人形機器人控制，具體涉及一種人形機器人雙臂自適應力控操作方法及系統。
技術介紹
1、隨著時代的進步和機器人技術的發展，傳統的單臂操作模式已經難以滿足多樣化和日益復雜的需求。為了應對任務復雜化和智能化的挑戰，雙臂機器人協調操作成為不可或缺的解決方案。相較于單臂操作模式，雙臂協作不僅具備更強的專業能力，能夠處理更復雜的操作任務，還具有更大的負載能力和更廣闊的工作空間。這種雙臂協作能力使得機器人可以更高效地進行精細操作、多任務處理和環境適應，顯著提升了其在工業自動化、醫療、服務等領域的應用潛力。
2、由于雙臂機器人能夠應用于不同的情況和處理復雜的任務（如搬運、擰閥門、開門等），其任務規劃和控制方法得到了廣泛的研究。雙臂機器人在進行協作任務時，通常需要同時滿足位置約束、力約束和參考軌跡約束，以實現特定復雜任務的協調和交互完成。在雙臂協調控制中，傳統的位置控制是主要的控制方法。這種方法通過在雙臂機器人協調操作時保持特定的位置約束關系，從而實現雙臂之間的有效協調和任務完成。但是其在操作過程中并未考慮雙臂與被操作對象的接觸力，也沒有考慮雙臂以及被操作對象受到外部干擾的情況。為了能夠使雙臂協調任務順利進行，力位協調控制至關重要。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術目的在于針對現有技術的不足，提供一種人形機器人雙臂自適應力控操作方法及系統，能夠完成協調工作，并且具備抗干擾的能力。
2、技術方案：本專利技術所述人形機器人雙臂自適應力控操作方法，包括如下步驟
3、s1、根據預設的坐標系關系，建立世界坐標系與左臂基坐標系、右臂基坐標系、左臂末端坐標系、右臂末端坐標系及操作目標坐標系之間的坐標轉換算法；
4、s2、獲取左右機械臂末端六維力傳感器采集的六維力數據和力矩數據，對所述六維力數據和力矩數據進行重力補償并通過所述坐標轉換算法轉換為世界坐標系下的六維力數據和力矩數據；
5、s3、為左右機械臂末端執行器與操作目標之間的相對運動定義抓握矩陣，利用所述抓握矩陣將世界坐標系下的六維力數據和力矩數據分解為內力與外力；
6、s4、將左右機械臂協作任務劃分為自由運動階段、約束建立階段和約束運動階段，并在各階段執行相應的控制策略：在所述自由運動階段，將實際力數據與期望力數據的差值輸入自適應變導納控制器，所述自適應變導納控制器的輸出結果與期望軌跡相加得到實際運動軌跡并生成對應的控制指令；在所述約束建立階段，基于bfgs學習算法估算環境剛度和位置參數，根據估算的環境剛度和位置參數得到自適應參考軌跡并生成對應的控制指令；在所述約束運動階段，采用內外環自適應變導納控制器分別控制左右臂的內力與外力，保持末端位置與操作目標間的期望距離，進行閉鏈約束，以得到左右機械臂的運動軌跡并生成對應的控制指令；
7、s5、將生成的控制指令輸入雙臂機器人系統，實現雙臂機器人在不同階段的協調運動控制。
8、進一步完善上述技術方案，左臂末端坐標系、右臂末端坐標系與操作目標坐標系之間的轉換關系為：
9、
10、其中，為右臂末端坐標系與操作目標坐標系之間的旋轉變化矩陣，為右臂末端坐標系相對操作目標坐標系的偏移向量；
11、
12、其中，為左臂末端坐標系與操作目標坐標系之間的旋轉變化矩陣，為左臂末端坐標系相對操作目標坐標系的偏移向量。
13、進一步地，對所述六維力數據和力矩數據進行重力補償并通過所述坐標轉換算法轉換為世界坐標系下的力數據；
14、所述六維力數據進行重力補償及轉換的過程如下：
15、
16、其中，為左右臂六維傳感器讀取到的六維力數據，為左右臂末端坐標系到世界坐標系的姿態轉換矩陣，i為單位矩陣，u和v為安裝傾角，g為重力加速度，為六維力分量的零力值，取值為或者，和分別代表右臂、左臂；
17、所述力矩數據進行重力補償及轉換的過程如下：
18、
19、其中，為左右臂六維傳感器讀取到的力矩數據，為力矩分量的零力值，為質心在左右臂末端坐標系中的坐標，為世界坐標系轉到左右臂末端坐標系的姿態轉換矩陣，g為重力加速度，取值為或者，和分別代表右臂、左臂。
20、進一步地，所述抓握矩陣定義為：
21、
22、其中，是輸入向量叉乘運算算子；
23、雙臂協調操作的整體抓握矩陣為，用于將力數據分解為內力和外力：
24、
25、
26、其中，和分別表示左臂和右臂的抓握矩陣，為世界坐標系下的末端六維力數據和力矩數據，是抓握矩陣的偽逆。
27、進一步地，自由運動階段，將力數據與期望力相減得到的輸入自適應變導納控制器進行控制，
28、所述自適應變導納控制器的控制公式為：
29、
30、其中，為質量系數矩陣，為阻尼系數矩陣，為剛度系數矩陣，為位置誤差，表示t時刻實際位置和期望位置的差，為速度誤差，表示t時刻實際速度和期望速度的差，為加速度誤差，表示t時刻實際加速度和期望加速度的差，為t+1時刻的位置誤差，為t+1時刻的速度誤差，為t+1時刻的位置加速度誤差，?t為時間步長；
31、?b為自適應阻尼調整參數，其更新率為：，式中，，為更新率，表示當前時刻t的自適應參數，表示t+1時刻的自適應參數；
32、將期望軌跡與自適應導納控制器輸出的相加，得到左右臂實際運動軌跡。
33、進一步地，獲取力數據、末端位置 x和末端速度，采用bfgs學習算法估計自適應參考軌跡，包括：
34、當力數據大于預設閾值時，執行以下迭代步驟：
35、計算搜索方向：，式中，構造為，為環境剛度參數，為環境位置參數，，為目標函數對環境剛度的梯度，用于引導環境剛度的更新；
36、通過線性搜索方法找到合適的步長，使得目標函數下降速率滿足wolfe條件：
37、；
38、更新環境剛度：；
39、更新環境位置：；
40、計算位置偏差：；
41、通過如下公式更新矩陣，
42、，
43、式中，和分別代表著梯度和剛度的增量；
44、直至梯度小于預設收斂閾值，停止迭代；
45、通過bfgs學習算法估算出的環境剛度以及環境位置，得到估算的自適應軌跡。
46、進一步地，所述約束運動階段的控制策略包括：將力數據轉換為內力和外力，并將內力帶入到內環自適應變導納控制器中，外力帶入到外環自適應變導納控制器中；
47、所述外環自適應變導納控制器為：
48、
49、式中，為外環加速度誤差，為質量系數矩陣，為外部力，為阻尼系數矩陣，?b為自適應阻尼調整參數，外環速度誤差，為外環位移誤差，為剛度系數矩陣，、、分別為下一時刻的外環加速度誤差、外環本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，左臂末端坐標系、右臂末端坐標系與操作目標坐標系之間的轉換關系為：
3.根據權利要求2所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，對所述六維力數據和力矩數據進行重力補償并通過所述坐標轉換算法轉換為世界坐標系下的力數據；
4.根據權利要求3所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，所述抓握矩陣定義為：
5.根據權利要求4所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，自由運動階段，將力數據與期望力相減得到的輸入自適應變導納控制器進行控制，
6.根據權利要求4所述的雙臂機器人協調操作流程控制方法，其特征在于，獲取力數據、末端位置x和末端速度，采用BFGS學習算法估計自適應參考軌跡，包括：
7.根據權利要求4所述的雙臂機器人協調操作流程控制方法，其特征在于，所述約束運動階段的控制策略包括：將力數據轉換為內力和外力，并將內力帶入到內環自適應變導納控制器中，外力
8.一種雙臂機器人系統，用于實現權利要求1所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，左臂末端坐標系、右臂末端坐標系與操作目標坐標系之間的轉換關系為：
3.根據權利要求2所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，對所述六維力數據和力矩數據進行重力補償并通過所述坐標轉換算法轉換為世界坐標系下的力數據；
4.根據權利要求3所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征在于，所述抓握矩陣定義為：
5.根據權利要求4所述的人形機器人雙臂自適應力控操作方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王杰，余銘鋒，劉爽，閔濟海，
申請(專利權)人：南京天創電子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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