科创中国
一种主从式遥操作工业机器人系统及其控制方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-09 09:48:44
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 门松 | 2022-11-09 16:46:25
本发明公开了一种主从式遥操作工业机器人系统及其控制方法，所述系统包括主机器人、与主机器人相连的主从控制系统、及与控制系统相连的从机器人，所述主机器人包括力反馈设备，操作人员将主机器人运动指令通过主从控制系统传递给从机器人，从机器人跟随主机器人运动，进而完成对任务对象的操作，同时从机器人将任务状态反馈给操作人员。本发明通过分析主手和从手的几何构型，设计了主从运动映射策略，采用了基于逆雅克比矩阵主从控制算法，并通过比例-微分控制环节来消除主从位置跟随误差，为了消除操作者手部抖动对手术机器人精度影响，设计了低通数字滤波器来滤除手部颤动。
主从式遥操作工 业机器人系统包括主机器人、与主机器人相连的主从控制系统、及与控制系统相连的从机 器人，所述主机器人包括力反馈设备，所述控制方法包括： 51、 获取主机器人中主手各关节的位置信息和速度信息，经过主手正运动学计算得到 主手各关节在笛卡尔空间的位置信息和速度信息； 52、 经过主从比例映射后得到从机器人从手末端在笛卡尔空间的速度信息，再经过从 手逆雅可比矩阵变换后得到从手各关节的速度信息，主从控制过程中，实时检测从手雅可 比矩阵的奇异性，当从机器人某位形灵活性下降时则切换到关节映射模式： 次=ΚΛ: Kr为5 X 5主从关节速度映射系数矩阵； 53、 经过关节速度限制运算后输出控制信号控制各伺服电机运动； 54、 引入比例-微分控制环节来消除主从手位置跟随误差，相应的误差控制方程为： Kpe + KJ = Q； KdPKd分别为3 X 3比例、微分系数矩阵。
本发明涉及工业用机器人的主从遥操作运动控制及遥操作示教再现方法，主要用 于制造加工业、自动化控制及其配套产品生产领域，可以高效准确地生成作业序列，优化操 作路径，使得机器人动作过程可以平稳的重现。
现代工业快速多变以及日益复杂性，广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质 量与数量，而目对保障人身安全，减轻劳动强度，提高劳动生产率，降低生产成本，有着十分 重要的意义。机器人作为能作为一个开放并具有友好的人机交互功能的可编程、可重构制 造单元融合到制造业系统中。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本发明具有以下有益效果：
1.操作人员可以通过主机器人末端操作杆控制从机器人运动到期望的示教位姿，这 种方式符合操作者的习惯，不需要通过间接控制各个关节使机器人到达示教位姿；
2.能够用于制造业自动化生产，示教模块实时记录机器人运行轨迹，优化操作路径， 高效准确地生成控制指令序列与示教文件，使得机器人动作过程可以平稳的重现。
技术合作
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
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