用于改善機器人的靈敏性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改善機器人的靈敏性的方法，包括：計算步驟、歸納步驟和轉(zhuǎn)換步驟。計算步驟計算機器人的關節(jié)的角速度。歸納步驟通過利用雅克比矩陣將關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在機器人的端部的速度，并通過對該速度進行微分，從而確定在機器人的端部的所歸納加速度。轉(zhuǎn)換步驟通過將在機器人的中部的所歸納加速度乘以機器人的重量來確定在機器人的中部的力，將該力乘以增強比，并利用雅克比矩陣將相乘的結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
【專利說明】用于改善機器人的靈敏性的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于并要求2012年12月17日在韓國知識產(chǎn)權局提出的韓國專利申請第10-2012-0147922號的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容通過弓I用的方式合并入本文。
【技術領域】
[0003]當前的發(fā)明構思涉及改善機器人的靈敏性的方法，其能夠通過測量機器人的關節(jié)的角度(甚至不需要使用特定的傳感器)，并通過放大和反映驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的角度，從而改善機器人的驅(qū)動靈敏性。
【背景技術】
[0004]當按照穿戴者的意圖提舉重物時，可穿戴式肌肉輔助機器人能夠舉起重物，因為力從穿戴者傳送給機器人，所傳送的力經(jīng)由機器人而放大。當前的發(fā)明構思涉及一種能夠改善可穿戴式機器人的靈敏性的方法，以將意圖良好地從穿戴者傳送到可穿戴式機器人，即，以最大程度將力從穿戴者傳送給機器人。
[0005]現(xiàn)有技術中的可穿戴式肌肉輔助機器人，通過附著在穿戴者身體的EMG(肌動電流圖)傳感器或安裝在機器人的驅(qū)動關節(jié)上的轉(zhuǎn)矩傳感器，來查明穿戴者的意圖。使用EMG傳感器的方法，通過從肌肉的收縮和松弛確定穿戴者的運動意圖的信號，并在隨后將信號發(fā)送給機器人控制器，從而驅(qū)動致動器。這種方法存在的問題是，當穿戴者移動時，EMG傳感器并非精確地與身體緊密接觸，以致穿戴者運動意圖的信號在許多情況下會失真。另一方面，利用轉(zhuǎn)矩傳感器的方法測量在機器人的驅(qū)動關節(jié)中施加的所有轉(zhuǎn)矩，并通過區(qū)別用于驅(qū)動機器人關節(jié)的轉(zhuǎn)矩與從穿戴者傳送給機器人的轉(zhuǎn)矩來反映穿戴者的意圖。不過，利用轉(zhuǎn)矩傳感器會降低機器人的耐久性，并且存在需要昂貴的轉(zhuǎn)矩傳感器的負擔。
[0006]在名稱為“機器人控制系統(tǒng)”的JP2000-218577A現(xiàn)有技術中，提供一種機器人控制系統(tǒng)，其包括驅(qū)動單元位置伺服裝置，用于控制機器人的驅(qū)動單元的位置以遵從給定的伺服指令值，該裝置具備驅(qū)動單元位置反饋回路和驅(qū)動單元速度反饋回路。機器人控制系統(tǒng)包括:位置誤差計算裝置，計算機器人的驅(qū)動單元的位置指令值與驅(qū)動單元的當前位置之間的差異；校正量計算裝置，計算位置誤差計算裝置的輸出與設定為預定值的位置增益校正系數(shù)的乘積；加法單元，將驅(qū)動單元的當前位置加至校正量計算裝置的輸出；速度增益校正單元，將機器人的驅(qū)動單元的速度乘以預定的速度增益校正系數(shù)；以及校正指令值計算單元，通過使速度增益校正裝置的輸出與加法裝置的輸出相加，來計算校正指令值。校正指令計算裝置的輸出被輸入驅(qū)動單元位置伺服裝置，作為關節(jié)的伺服指令值。
[0007]然而，即使按照這樣的技術，也必須通過預先計算機器人的驅(qū)動值來獲知末端的位移。因此，存在的問題是，該技術未提出一種方法，當穿戴者隨意移動時，通過查明穿戴者的意圖而改善靈敏性，而無需查找位移并利用可穿戴式機器人中的獨立傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]當前的發(fā)明構思致力于解決上述問題，且當前發(fā)明構思的目的是提供一種改善機器人的靈敏性的方法，其能夠通過測量機器人的關節(jié)的角度(甚至不需要使用特定的傳感器)，并通過放大和反映驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，從而改善機器人的驅(qū)動靈敏性。
[0009]當前發(fā)明構思的一個方面涉及改善機器人的靈敏性的方法。該方法包括:計算步驟，計算機器人的關節(jié)的角速度；歸納步驟，通過利用雅克比(Jacobian)矩陣將關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在機器人的端部的速度，并通過對速度進行微分，從而得出端部的加速度。轉(zhuǎn)換步驟通過將中部的歸納加速度乘以重量來得出中部的力，將力乘以增強比，隨后利用雅克比矩陣將結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
[0010]計算步驟可使用機器人關節(jié)處的編碼器，計算由穿戴者的操作引起的關節(jié)的角速度。
[0011]轉(zhuǎn)換步驟可將歸納的加速度的軸向分量歸一化為O與I之間的值，并通過將歸一化的加速度乘以重量，從而得出端部處的力。
[0012]歸納步驟可通過使用低通濾波器(LPF)對轉(zhuǎn)換的速度進行濾波，隨后對濾波后速度進行微分，從而得出端部處的加速度。
[0013]轉(zhuǎn)換步驟可通過使用LPF對所歸納的加速度進行濾波，隨后將濾波后加速度乘以重量，從而得出端部的力。
[0014]轉(zhuǎn)換步驟可利用LPF查找出端部的力，將濾波后的力乘以增強比，隨后利用雅克比矩陣將結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
[0015]當前發(fā)明構思的另一個方面包括一種改善機器人的靈敏性的方法。該方法包括:計算步驟，計算機器人的關節(jié)的角速度；第一歸納步驟，通過利用雅克比矩陣將關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在機器人端部的速度，并對速度進行微分，從而找出端部的加速度。第二歸納步驟通過利用雅克比矩陣將與機器人中部連接的關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成機器人中部的速度，隨后對該速度進行微分，從而得出機器人中部的加速度。第一轉(zhuǎn)換步驟通過將端部的所歸納加速度乘以重量來得出端部的力，將該力乘以增強比，隨后利用雅克比矩陣將結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。第二轉(zhuǎn)換步驟通過將中部的所歸納加速度乘以重量來得出中部的力，將力乘以增強比，隨后利用雅克比矩陣將結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
[0016]應該理解本文中使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語包括通常的機動車，例如，包括多功能運動車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務車的客車，包括各種船只和船舶的水運工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動力車是具有兩種或多種動力源的車輛，例如，具有汽油動力和電動力的車輛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]當前發(fā)明構思的上述和其他特征將從本發(fā)明構思實施方式的更具體描述中清晰得到，正如附圖所示，附圖中相同的附圖標記可以貫穿不同視圖指代相同或相似部件。附圖不一定成比例，重點放在描述本發(fā)明構思實施方式的原理上。附圖在以下僅以示例的方式給出，因此不限制本發(fā)明構思，其中:
[0018]圖1是示出說明根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的框圖。[0019]圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法中添加濾波器的框圖。
[0020]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的效果的圖表。
[0021]圖4是機器人的示意圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法。
[0022]圖5和6是示出根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的流程圖。
[0023]應當理解，所附的附圖并非必然成比例，而只是呈現(xiàn)說明本發(fā)明構思的基本原理的各種優(yōu)選特征的表示。本發(fā)明構思的具體設計特征，包括，例如，具體尺寸、方向、位置和形狀將部分取決于特定的既定用途和使用環(huán)境。
[0024]在附圖中，附圖標記貫穿附圖指代本發(fā)明構思的相同或等同部件。
【具體實施方式】
[0025]以下將參考附圖，更詳細地說明本發(fā)明構思的例子。然而，本發(fā)明構思的例子可以以不同形式實現(xiàn)，不應被解釋成局限于這里記載的例子。在整個說明書中，相同的附圖標記指代相同的部件。
[0026]以下參考附圖，說明根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法。
[0027]圖1是示出說明根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的框圖。圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明構思示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法中添加濾波器的框圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的效果的圖表。圖4是機器人的示意圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法。圖5和6是示出根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法的流程圖。
[0028]參見圖5，根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法可包括:計算步驟S100，計算機器人的關節(jié)的角速度；歸納步驟S200，通過利用雅克比矩陣將關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在機器人端部的速度，并通過對速度進行微分，從而得出端部的加速度；轉(zhuǎn)換步驟S300，通過將中部的所歸納加速度乘以機器人重量來得出在機器人中部的力，將力乘以增強比，隨后利用雅克比矩陣將相乘結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
[0029]換言之，可以通過關節(jié)的編碼器首先計算由穿戴者的操作引起的角速度。編碼器可通過測量角度并對該角度進行微分而計算角速度。
[0030]此外，當獲得關節(jié)處的角速度時，可以使用雅克比矩陣，在直角坐標系中，將角速度轉(zhuǎn)換成在機器人端部的速度。此外，可以通過對機器人端部的速度進行微分，從而獲得加速度?？梢酝ㄟ^將加速度乘以機器人的重量，計算出力?？梢越?jīng)雅克比矩陣將力轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所歸納的轉(zhuǎn)矩，之后所歸納的轉(zhuǎn)矩可作為關節(jié)電動機的指令被輸入。
[0031]具體而言，參見圖5，轉(zhuǎn)換步驟S300可以使用一種方法，通過將所歸納的加速度的軸向分量歸一化為O與I之間的值來減小噪聲，并在之后通過將歸一化的加速度乘以機器人的重量來得出在端部的力。[0032]此外，歸納步驟S200可以通過用低通濾波器(LPF)對所轉(zhuǎn)換的速度進行濾波，并對結果例如濾波后速度進行微分，從而得出在端部的加速度。或者，轉(zhuǎn)換步驟S300可以通過利用LPF對所歸納的加速度進行濾波并將結果例如濾波后加速度乘以重量，從而得到在端部的力?；蛘?，轉(zhuǎn)換步驟S300可以利用LPF對端部的力進行濾波，將結果例如濾波后的力乘以增強比，并通過雅克比矩陣將乘以增強比的結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
[0033]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構思的示例性實施方式的用于改善機器人靈敏性的方法并示出大致配置的框圖。
[0034]詳細地，能夠用在本發(fā)明構思的示例性實施方式中的用于控制機器人的主要方法可以表達如下。
[0035][等式I]
[0036]
【權利要求】
1.一種改善機器人的靈敏性的方法，包括: 計算步驟，計算機器人的關節(jié)的角速度； 歸納步驟，通過利用雅克比矩陣將所述關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在所述機器人的端部的速度，并通過對所述速度進行微分，從而確定在所述機器人的端部的加速度；以及 轉(zhuǎn)換步驟，通過將中部的所歸納的加速度乘以所述機器人的重量來確定在所述機器人的中部的力，將所述力乘以增強比，并然后利用雅克比矩陣將相乘的結果轉(zhuǎn)換成所述關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中， 所述計算步驟包括，利用在所述機器人的關節(jié)處的編碼器，計算由穿戴者的操作而引起的所述關節(jié)的角速度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中， 所述轉(zhuǎn)換步驟包括，將所歸納的加速度的軸向分量歸一化為O與I之間的值，并然后通過將歸一化的加速度乘以所述機器人的重量來確定在所述機器人的端部的力。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中， 所述歸納步驟包括，通過利用低通濾波器(LPF)對所轉(zhuǎn)換的速度濾波，并對濾波后的速度進行微分，從而確定在所述機器人的端部的加速度。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中， 所述轉(zhuǎn)換步驟包括，通過利用低通濾波器(LPF)對所歸納的加速度濾波，并將濾波后的加速度乘以所述機器人的重量，從而確定在所述機器人的端部的力。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中， 所述轉(zhuǎn)換步驟包括，利用低通濾波器(LPF)對所述端部的力濾波，將濾波后的力乘以增強比，并然后利用雅克比矩陣將相乘的結果轉(zhuǎn)換成所述關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
7.一種改善機器人的靈敏性的方法，包括: 計算步驟，計算機器人的關節(jié)的角速度； 第一歸納步驟，通過利用雅克比矩陣將所述關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在所述機器人的端部的速度，并對所述速度進行微分，從而確定在所述機器人的端部的加速度； 第二歸納步驟，通過利用雅克比矩陣將與所述機器人的中部連接的所述關節(jié)的角速度轉(zhuǎn)換成在所述機器人的中部的速度，并然后對所轉(zhuǎn)換的速度進行微分，從而確定在所述機器人的中部的所歸納的加速度； 第一轉(zhuǎn)換步驟，通過將在所述機器人的端部的所歸納的加速度乘以所述機器人的重量來確定在所述機器人的端部的力，將該力乘以增強比，并利用雅克比矩陣將相乘的結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩；以及 第二轉(zhuǎn)換步驟，通過將在所述機器人的中部的所歸納的加速度乘以所述機器人的重量來確定在所述機器人的中部的力，將該力乘以所述增強比，并然后利用雅克比矩陣將相乘的結果轉(zhuǎn)換成關節(jié)處的所需轉(zhuǎn)矩。
【文檔編號】B25J9/12GK103862469SQ201310170854
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權日:2012年12月17日
【發(fā)明者】徐正鎬, 梁佑誠 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社