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文檔簡介

仿人柔性臂的交互控制研究隨著機(jī)器人應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)展,機(jī)器人與人之間的安全交互與協(xié)作已經(jīng)成為了機(jī)器人發(fā)展的主要趨勢。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人往往需要與人之間實(shí)現(xiàn)物理隔絕,限制了人與機(jī)器人間的協(xié)作。因此,如何實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融成為了急需解決的關(guān)鍵問題。本文主要針對機(jī)器人與人的交互安全性與柔順性開展研究。首先基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器(SerialElasticActuator,簡稱SEA)搭建了碰撞實(shí)驗(yàn)平臺(tái),探究影響碰撞安全的主要因素,為機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。之后在仿人機(jī)械臂上開展基于關(guān)節(jié)力矩控制的位置控制與拖動(dòng)示教研究,確保機(jī)械臂具有良好的交互柔順性。本文的主要貢獻(xiàn)有:1)開展人機(jī)碰撞研究。構(gòu)建人機(jī)碰撞模型,搭建基于SEA的單自由度碰撞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。針對包覆材料厚度、碰撞速度、負(fù)載慣量和關(guān)節(jié)剛度等因素進(jìn)行了探究,并對這些因素的局限性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,增加包覆材料厚度,減少負(fù)載慣量,減少碰撞速度和降低關(guān)節(jié)剛度可以減少碰撞力。2)設(shè)計(jì)基于SEA力矩控制內(nèi)環(huán)的柔性臂位置控制器。首先,采用各關(guān)節(jié)獨(dú)立的PID控制器對柔性臂進(jìn)行位置控制。由于積分環(huán)節(jié)影響柔順性,重新設(shè)計(jì)了帶重力補(bǔ)償?shù)腜ID位置控制器。其次,采用最小二乘法對各連桿的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),并結(jié)合辨識(shí)結(jié)果加入重力前饋,同時(shí)對積分環(huán)節(jié)進(jìn)行輸出限幅。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在保證位置跟隨效果的同時(shí)取得了良好的交互柔順性。3)設(shè)計(jì)一種帶重力前饋的示教控制器。通過示教過程中對機(jī)械臂各關(guān)節(jié)在不同位置下的重力補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)在較小牽引力

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