南京理工大学余朝宝获国家专利权
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龙图腾网获悉南京理工大学申请的专利一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115319749B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211036539.3,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法是由余朝宝;李建平;高鼎峰;周宇航;戴豪杰;郭毓;周慧;詹腾达;许铭轩设计研发完成,并于2022-08-29向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法,首先在机械臂末端和末端执行器之间设置被动柔顺装置,并构建被动柔顺装置的物理模型以及确定模型参数,之后基于主动柔顺控制模型的期望轨迹结合被动柔顺装置确定的位移补偿量,实现基于主被动柔顺的大刚度环境下的机械臂轴向力控制。本发明的方法通过被动柔顺部件的引入,解决了传统导纳控制面对大刚度环境系统易发生不稳定的问题,实现了机械臂在大刚度环境下作业柔顺性和精确性的统一,在根本上解决了导纳控制只适用于小刚度环境下的局限性,与环境参数估计方法结合可以解决未知时变环境下的精确力控制问题,具有良好的应用前景以及价值。
本发明授权一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于主被动柔顺结合的大刚度环境下轴向力控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1、在机械臂末端和末端执行器之间设置被动柔顺装置,所述被动柔顺装置包括:分别与机械臂末端的六维力传感器以及末端执行器相连接的被动柔顺部件,两个被动柔顺部件之间设置弹性部件以及阻尼部件; 步骤2、构建被动柔顺装置的物理模型,并确定模型参数: 步骤2-1、构建被动柔顺装置的物理模型: ; ; ; 其中,为机械臂末端的力传感器的轴向数据,为末端执行器与大刚度环境之间的轴向接触力,为机械臂末端的实际位置,为未与大刚度环境接触前,被动柔顺装置与末端执行器的原长,是末端执行器的实际位置,为被动柔顺装置与大刚度环境接触后的轴向压缩量,为被动柔顺装置内的弹性部件的弹性参数,为被动柔顺装置的阻尼参数,表示与机械臂末端固连一侧的被动柔顺部件的质量,为与末端执行器一侧连接的被动柔顺部件和末端执行器的总质量; 步骤2-2、根据辨识实验确定物理模型的具体参数: 步骤2-2-1、将末端执行器贴住大刚度环境,但不产生挤压,记录此时的机械臂末端的位置; 步骤2-2-2、机械臂末端缓慢挤压被动柔顺部件,直至被动柔顺部件被压缩,待六维力传感器示数稳定后,测量此时的力传感器沿轴向的数据,并多次测量取平均值; 步骤2-2-3、机械臂末端以单位速度压缩被动柔顺部件,测量压缩量时的六维力传感器沿轴向的数据,并多次测量取平均值; 步骤2-2-4、使机械臂末端以以下轨迹方程运动,并测量时刻的六维力传感器沿轴向的数据,多次测量取平均值: ; 其中,表示环境位置,表示振动幅度; 步骤2-2-5、确定物理模型的弹性参数、阻尼参数和惯性参数: ; ; ; 其中,表示单位速度; 步骤3、确定机械臂末端执行器的末端期望轨迹,即机械臂末端执行器的末端主动柔顺控制模型: ; 其中,是参考位置,是环境位置,是参考接触力,是环境刚度; 步骤4、基于步骤3的主动柔顺控制模型以及步骤2中的物理模型对机械臂指令位置进行位移补偿,实现基于主被动柔顺结合的大刚度环境下的机械臂轴向力控制: 步骤4-1、根据机械臂末端的实际位置以及力传感器轴向数据,利用步骤2的物理模型,得到被动柔顺装置的轴向压缩量,从而确定补偿量: 补偿量=; 步骤4-2、基于步骤3得到期望轨迹,并将期望轨迹减去补偿量,得到机械臂末端的实时指令轨迹,完成基于主被动柔顺结合的大刚度环境下的机械臂轴向力控制。
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