仿人机器人自碰撞监控系统及监控方法

摘要

仿人机器人自碰撞监控系统及监控方法，涉及机器人控制领域。本发明是为了提高机器人碰撞检测的精度和实时性保护仿人机器人的安全。本发明使用球扫掠凸体构建碰撞模型，离散自适应窗口角速度计算方法以及GJK算法，开发了一个独立于机器人任务规划和控制的快速高精度碰撞检测监控系统，该系统循环运行，以机器人关节角作为输入，判断机器人是否会发生碰撞，当碰撞时向机器人控制器发送急停指令。机器人安全运行时该系统不影响机器人运行。本发明适用于机器人控制。

主权项

仿人机器人自碰撞监控方法，它包括基于球扫略凸体的离散碰撞检测的步骤、机器人运动状态预测的步骤、关节角度速度计算的步骤和通讯步骤；通讯步骤：将仿人机器人上的关节角速度传感器采集的关节角度信息传送给关节角速度计算模块(5)，以及将基于球扫略凸体的离散碰撞检测模块(7)的在检测到碰撞时向机器人控制器(2)发送急停控制指令的步骤；关节角度速度计算步骤：根据仿人机器人关节位置传感器采集的关节角度信息和仿人机器人关节位置传感器的采样周期计算仿人机器人各关节的角速度；并将仿人机器人关节位置传感器采集的关节角度和获得的仿人机器人各关节的角速度发送给机器人运动状态预测模块(6)的步骤；机器人运动状态预测步骤：根据关节角度速度计算模块(5)发送的仿人机器人关节位置传感器采集的关节角度、仿人机器人各关节的角速度和自碰撞监控系统引入的时延预测仿人机器人的运动状态；并将预测结果发送给球扫略凸体的离散碰撞检测模块(7)的步骤；基于球扫略凸体的离散碰撞检测步骤：构建仿人机器人的基于球扫掠凸体碰撞检测模型，并根据机器人运动状态预测模块(6)预测的机器人运动状态实时更新碰撞检测模型，优化碰撞对，并检测各碰撞对是否发生碰撞，并在发生碰撞时发出急停控制指令的步骤；其特征是：关节角度速度计算步骤中，根据仿人机器人关节位置传感器采集的关节角度信息和仿人机器人关节位置传感器的采样周期计算仿人机器人各关节的角速度采用离散自适应窗口速度计算的方法实现，具体为：选择窗口尺寸，所述窗口尺寸n＝max{1,2,3...}，即满足下式中变量i的最大值；$|{\alpha }_i(t-i)-{\hat{\alpha }}_i(t-i)|\le {ϵ}_i,\forall i\in \{\mathrm{1,2},...,n\}$式中：其中α_i(t‑i)为t‑i时刻关节传感器获得的关节角度，是由自适应窗口速度计算方法获得的t‑i时刻关节的角度，ε_i是两者之间所允许的最大误差，ε_i的大小取决于仿人机器人每个关节的最大角加速度；α_i(t‑i)由下式：${\hat{\alpha }}_i=(t-i)={\alpha }_i\left(t\right)-\frac{i({\alpha }_i\left(t\right)-{\alpha }_i(t-n))}{n}$获得；其中：α(t)和α(t‑n)分别为t时刻和t‑n时刻传感器获得的关节角度；当窗口尺寸确定后通过公式：${\stackrel{.}{\alpha }}_i\left(t\right)=\frac{{\alpha }_i\left(t\right)-{\alpha }_i(t-n)}{\mathrm{n\Delta t}}$计算仿人机器人各关节的角速度，其中：△t是仿人机器人关节位置传感器的采样周期。