機(jī)器人與環(huán)境間力-位置控制技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和對(duì)機(jī)器人智能化要求的不斷提高，以往以位置控制為主的機(jī)器人控制方法已不能滿足某些復(fù)雜環(huán)境（裝配、拋光、去毛刺、助力機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人）的應(yīng)用要求，機(jī)器人與環(huán)境間力/位置控制方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端接觸力和位置期望值跟蹤控制，適應(yīng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)動(dòng)控制的要求；當(dāng)前，機(jī)器人與環(huán)境間力/位置控制研究大都基于機(jī)器人阻抗控制和機(jī)器人力/位置混合控制。本文在國家科技重大專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金課題的資助下，對(duì)機(jī)器人與環(huán)

2、境間力/位置控制關(guān)鍵技術(shù)開展研究，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有：
　　 ⑴常規(guī)機(jī)器人阻抗控制性能受環(huán)境動(dòng)力學(xué)和期望阻抗模型參數(shù)的影響明顯，為實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下機(jī)器人阻抗控制性能保持不變，期望阻抗模型必須作相應(yīng)調(diào)整：在定義機(jī)器人阻抗控制性能指標(biāo)基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)阻抗模型剛度計(jì)算方法；結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)環(huán)境等效剛度和二階系統(tǒng)臨界阻尼條件，計(jì)算出阻抗模型阻尼初值；提出了自適應(yīng)模糊控制方法根據(jù)測量的接觸力、位移誤差及其導(dǎo)數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整阻抗模型的阻尼、剛度

3、參數(shù)值，提高機(jī)器人阻抗控制中接觸力/位置控制的動(dòng)靜態(tài)性能；此外，為保持機(jī)器人與環(huán)境間接觸狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)期望的接觸力控制，給出了環(huán)境位置誤差允許的范圍；提出了機(jī)器人操作空間中基于偽速度的機(jī)器人位置控制方法，提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)態(tài)性能。
　　 ⑵修改常規(guī)的機(jī)器人力/位置混合控制方法，提出了機(jī)器人位置、姿態(tài)、力和力矩混合控制方法；針對(duì)機(jī)器人力/位置混合控制易受系統(tǒng)干擾影響的問題，研究基于Kalman 狀態(tài)觀測器的機(jī)器人力控制方法。結(jié)合機(jī)器

4、人位置、姿態(tài)、力和力矩混合控制和Kalman 狀態(tài)觀測器的優(yōu)點(diǎn)，提出了性能優(yōu)良且對(duì)系統(tǒng)干擾具有較強(qiáng)抑制能力的機(jī)器人力/位置混合控制方法。
　　 ⑶將機(jī)器人與大剛性環(huán)境間碰撞接觸過程依次分為：接近運(yùn)動(dòng)階段、沖擊振蕩階段、阻尼振蕩階段和穩(wěn)定階段，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端與環(huán)境間快速穩(wěn)定和期望的接觸力控制，設(shè)計(jì)了針對(duì)不同階段的控制策略：針對(duì)接近運(yùn)動(dòng)階段的自適應(yīng)非接觸阻抗控制，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)調(diào)整阻抗模型參數(shù)以改變機(jī)器人接近過程的動(dòng)力學(xué)特性，在

5、實(shí)現(xiàn)快速接近前提下減小后續(xù)的碰撞接觸沖擊效應(yīng)；針對(duì)沖擊振蕩階段的機(jī)器人位移、速度與驅(qū)動(dòng)力關(guān)系，設(shè)計(jì)鎮(zhèn)定控制器抑制機(jī)器人末端位移回彈運(yùn)動(dòng)以減小沖擊振蕩幅值，縮短沖擊振蕩持續(xù)時(shí)間；針對(duì)阻尼振蕩階段，提出了變參數(shù)機(jī)器人力/速度控制方法，建立基于系統(tǒng)能量快速衰減的參數(shù)調(diào)整規(guī)則，加快阻尼振蕩的穩(wěn)定和實(shí)現(xiàn)期望的接觸力控制。綜合沖擊振蕩與阻尼振蕩階段控制方法，設(shè)計(jì)模糊控制器根據(jù)鎮(zhèn)定控制原理對(duì)機(jī)器人力/速度控制中參數(shù)進(jìn)一步微調(diào)，實(shí)現(xiàn)碰撞接觸后系統(tǒng)的快速