(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 202210654071.8 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 天津大学 地址 300354 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 周书华　连宾宾　王喆　孙涛　 (74)专利代理 机构 天津浆果知识产权代理事务 所(普通合伙) 12240 专利代理师 王龑 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 19/02(2006.01) (54)发明名称 人机协作装配 机器人控制系统及控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种人机协作装配机器人控 制系统及控制方法， 其控制系统包括网络主控 层， 网络主控层与主从驱控层通讯相连， 主从驱 控层接收PC上位机的控制指令并采集反馈执行 部件层的数据信息， 主从驱控层与执行部件层通 讯相连， 执行部件层完成装配机器人整体运动控 制， 同时执行部件层反馈数据信息； 其控制方法， 包括以下步骤： 人机交互软件界面模块与控制柜 操作面板模块接收控制指令信息； 力/力矩传感 器模块接收协作控制指令； 解算出目标运动信 息； 计算对应伺服电机的编码器码盘值； 发送控 制信号至电机； 精确调节末端动平台位姿直至完 成装配作业， 本发明开发难度小、 成本低， 满足便 携性要求； 实时性高、 可靠性好； 实现人机协作装 配自适应控制。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115026820 A 2022.09.09 CN 115026820 A 1.一种人机协作装配机器人控制系统， 包括网络主控层 （1） ， 其特征在于： 所述网络主 控层 （1） 与主从驱控层 （2） 通讯相连， 所述主从驱控层 （2） 接收执行网络主控层 （1） 中PC上位 机的控制指 令并采集反馈执行部件层的数据信息， 所述主从驱控层 （2） 与执行部件层 （3） 通 讯相连， 所述执行部件层 （3） 完成装配机器人整体运动控制， 同时执行部件层 （3） 反馈数据 信息。 2.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述网络主 控层 （1） 包括实现人机界面交互的人机交互软件界面模块 （12） ， 所述人机交互软件界面模 块 （12） 与PLC主控系统模块 （11） 相连， 所述PLC主控系统模块 （11） 实现系统硬件的通讯连接 配置和数据交互， 以及 对硬件进 行实时控制， 所述PLC主控系统模块 （11） 与协作运动控制算 法模块 （13） 相连。 3.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述主从驱 控层 （2） 包括通讯耦合模块 （21） ， 所述通讯耦合模块 （21） 与输入输出模块 （22） 相连， 所述输 入输出模块 （22） 将外部输入输出变量连接至EtherCAT现场总线网络， 所述输入输出模块 （22） 与力/力矩传感器模块 （23） 、 驱动器模块 （24） 、 控制柜操作面板模块 （25） 相连， 所述驱 动器模块 （24） 实现伺服电机高精度的定位运动， 接收并解析外部控制电机的相关指令， 并 发送控制信号至对应电机 。 4.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述网络主 控层 （1） 中  PC上位机为EtherCAT 主站， 所述主从 驱控层 （2） 为EtherCAT从站。 5.根据权利要求3所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述驱动器 模块 （24） 用于伺服电机高精度的定位运动， 驱动器模块 （24） 的输入端口接收并解析外部控 制电机的相关指令， 驱动器模块 （24） 的输出发送控制信号至对应驱动器 （26） 。 6.根据权利要求3所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述力/力 矩传感器模块 （23） 用于获取人机协作时操作者施加的力/力矩信息， 力/力矩传感器模块 （23） 的输出端将力/力矩信息传送至 输入输出模块 （2 2） 。 7.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统， 其特征在于： 所述执行部 件层 （3） 包括电机 （31） ， 所述电机 （31） 接收驱动器 （26） 的控制信息并执行， 所述电机 （31） 与 伺服电机模块 （32） 相连。 8.一种人机协作装配机器人控制系统的控制方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： （ⅰ） 人机交互软件界面模块与控制柜 操作面板模块接收操作者的控制指令信息； （ⅱ） 力/力矩传感器模块接收操作者的协作控制指令； （ⅲ） 接收的控制指令信息、 协作控制指令， 根据对应算法解算出机器人末端动平台的 目标运动信息； （ⅵ） 通过机器人机构运动学逆解算法得到机器人各支链的杆长， 根据滚珠丝杠的导程 螺距关系换算至对应伺服电机的编码器码盘值； （ⅴ） 驱动器模块根据当前选择的控制模式， 接收编码器的目标值， 发送控制信号至对 应电机； （ⅵ） 机器人末端动平台经操作者直接 式接触拖动至目标位置附近， 根据实际作业工况 选择通过人机交互软件界面模块与控制柜操作面板模块进一步精确调节末端动平台位姿 直至完成装配作业；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115026820 A 2（ⅶ） 协作装配期间， 操作者视具体工况随时按下所述人机交互软件 界面模块与控制柜 操作面板模块中包含的急停保护按钮， 或停止与所述力/力矩传感器模块的接触， 使机器人 停止运动。 9.根据权利要求8所述的一种人机协作装配机器人控制系统 的控制方法， 其特征在于： 所述PLC主控系统模块为ADS服务器， 所述协作运动控制算法模块为ADS客户端， ADS客户端 向ADS服务器发送ADS请求， 在通讯过程中客户端程序 停止执行， 直至获得ADS服务器返回的 响应。 10.根据权利要求8所述的一种人机协作装配机器人控制系统的控制方法， 其特征在 于： 所述协作运动控制算法模块包括关节空间轨迹规划控制算法和人机协作自适应导纳 控制算法； 所述关节空间轨 迹规划控制算法基于三次多 项式插值的轨 迹规划控制算法实现； 所述人机协作自适应导纳控制算法基于 机器强化学习的变导纳控制算法实现。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115026820 A 3