(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210729992.6 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 黄云志　钱鑫泉　韩亮　何磊　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 王挺 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种运动学约束下基于能量消耗的自适应 导纳控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种运动学约束下基于能量 消耗的自适应导纳控制方法， 属于人机环交互领 域。 提出人机环交互过程的能量消耗最小准则， 在综合考虑交互力和机器人运动速度的基础上 设计导纳控制律， 对阻尼参数进行更新， 提高人 机环交互的柔顺性和安全性。 根据机器人运动学 约束给出导纳控制器的质量参数范围， 考虑机器 人的速度、 加速度和变加速度限制， 提高机器人 系统的安全性。 导纳控制器将作用力转换为机械 臂末端位姿修正量， 叠加到机器人系统的输入， 通过位置控制器实现机器人运动控制。 本发明方 法可以使机器人很好地顺应操作者的意图， 减小 人机交互力， 提高与环境接触力精度， 防止导纳 参数过小导致交互过程不稳定， 提高人机环交互 的柔顺性和安全性。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114932557 A 2022.08.23 CN 114932557 A 1.一种运动学约束下基于能量消耗的自适应导纳控制方法， 其特征在于， 考虑人机环 交互过程， 根据交互力和机器人运动速度建立能力消耗最小准则， 设计导纳控制律， 对阻尼 参数进行 更新。 2.根据权利要求1所述的一种运动学约束下基于能量消耗的自适应导纳控制方法， 其 特征在于， 人机交 互的导纳控制器的阻尼更新公式， 如下 所示： 其中， b为更新后的阻尼值， b0是初始阻尼值， e是自然 常数， α 是参数， fh是施加在 机械臂 上的力， v是机 械臂在笛卡尔空间的速度。 3.根据权利要求1或2所述的一种运动学约束下基于能量消耗的自适应导纳控制方法， 其特征在于， 基于人机环交互过程的能量消 耗最小准则， 对人机交互的导纳控制器的阻尼 系数进行 更新， 具体方法如下 所示： S11， 人机交 互过程中的能量消耗可用下式表示； 其中， fh是施加在机 械臂上的作用力， v是机 械臂在笛卡尔空间的速度； S12， 考虑能量消耗与阻尼的关系， 使交互过程能量消耗最小化， 求取能量对阻尼的偏 导； 其中， fh是施加在机 械臂上的作用力， v是机 械臂在笛卡尔空间的速度； S13， 得到导纳控制器的阻尼系数b随施加在机械臂上的操作力fh和机械臂在笛卡尔空 间运动速度v的关系表达式， 阻尼更新公式为： 其中， b为更新后的阻尼值， b0是初始阻尼值， e 是自然常数， α 是参数； S14， 已知机械臂自身速度 加速度 和变加速度 的限制， 根据操作力fh和阻尼系数 b， 设定质量 参数m的取值范围 其中， 下标min表示最小值即下限， 下 标max表示 最大值即上限。 4.根据权利要求1所述的一种运动学约束下基于能量消耗的自适应导纳控制方法， 其 特征在于， 机环交 互的导纳控制器的阻尼更新公式， 如下 所示： 其中， fe是机械臂与环境间的实际接触力， fd是机械臂与环境 间的期望接触力， v是机械臂在笛卡尔空间的速度， ve是环境速度， b为更新后的阻尼值， b0是 初始阻尼值， e 是自然常数， α 是参数。 5.根据权利要求1或4所述的一种运动学约束下基于能量消耗的自适应导纳控制方法，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114932557 A 2其特征在于， 基于能量消耗最小准则， 对机环交互中的导纳 控制器的阻尼系数进 行更新， 具 体方法如下 所示： S21， 机械臂与环境交 互过程中的能量消耗可用下式表示； 其中， fe是机械臂与环境间的实际接触力， fd是机械臂与环境间 的期望接触力， v是机 械臂在笛卡尔空间的速度， ve是环境速度； S22， 为使交 互过程能量消耗 最小化， 求取能量对阻尼的偏导； 其中， fe是机械臂与环境间的实际接触力， fd是机械臂与环境间 的期望接触力， v是机 械臂在笛卡尔空间的速度， ve是环境速度； S23， 到导纳控制器的阻尼系数b随接触力偏差 和速度偏差 的关系表达式， 机环交互 的导纳控制器阻尼更新表达式为： 其中， fe是机械臂与环境间的实际接触力， fd是机械臂与环境间 的期望接触力， v是机械臂在笛卡尔空 间的速度， ve是环境速度， b为更新后的阻尼值， b0是初 始阻尼值， e 是自然常数， α 是参数； S24， 已知机械臂速度 加速度 和变加速度 的限制， 根据作用力偏差 阻尼系数b 以及环境速度 环境加速度 和环境变加速度 设定质量 参数m的取值范围 其中， 下标min表示最小值即下限， 下 标max表示 最大值即上限。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114932557 A 3