不確定環(huán)境下機(jī)器人柔順控制及可視化仿真的研究.pdf

1、機(jī)器人主動(dòng)柔順控制是新興智能制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于機(jī)器人本身的高度非線性、強(qiáng)耦合性以及柔順作業(yè)任務(wù)中環(huán)境不確定性等問題的存在，使得主動(dòng)柔順控制的應(yīng)用受到了極大的限制。本文應(yīng)用軟計(jì)算方法對(duì)機(jī)器人不確定環(huán)境下的主動(dòng)柔順控制方法進(jìn)行了研究。 本文分析了柔順控制在機(jī)械行業(yè)中的不同應(yīng)用方法，利用幾何圖形的方法對(duì)阻抗控制的特性進(jìn)行了研究，針對(duì)阻抗控制軌跡跟蹤能力較弱的局限，指出了存在環(huán)境剛度和位置不確定情況下實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤的途徑，并在基于

2、位置的阻抗控制基礎(chǔ)上，給出了一種具有力跟蹤目標(biāo)阻抗和位置反饋的柔順控制方法，建立了仿真模型。應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)方法，建立了硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的預(yù)測(cè)力學(xué)模型，為期望力和控制參數(shù)設(shè)置、調(diào)整提供了依據(jù)。 研究了基于模糊補(bǔ)償?shù)聂敯糇杩箍刂品椒?，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于規(guī)則自調(diào)整的模糊補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器采用了改進(jìn)的規(guī)則因子自調(diào)整函數(shù)，不但考慮了系統(tǒng)的位置誤差、誤差變化，還能防止系統(tǒng)的過度補(bǔ)償而引起的接觸力大的變化。應(yīng)用具有力跟蹤能力的目標(biāo)阻抗模型，保證了接觸力

3、的穩(wěn)定性。具有自調(diào)整因子的模糊補(bǔ)償器克服了控制表查詢及單一控制因子等方法不能對(duì)環(huán)境變化做出自適應(yīng)調(diào)整的缺點(diǎn)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)控制規(guī)則適應(yīng)環(huán)境的變化，對(duì)位置的不確定性進(jìn)行補(bǔ)償，從而使系統(tǒng)具有更好的性能。 研究了通過調(diào)整目標(biāo)阻抗參數(shù)實(shí)現(xiàn)位置跟蹤的方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于目標(biāo)阻抗模糊自調(diào)整的阻抗控制器。該控制器可以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整目標(biāo)阻抗參數(shù)，使其適應(yīng)環(huán)境的變化。由于常規(guī)模糊控制器的設(shè)計(jì)依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和不斷的調(diào)試，給模糊控制器設(shè)計(jì)工作

4、帶來很大的困難，為此，本文應(yīng)用遺傳算法，對(duì)模糊控制的隸屬度函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)不同項(xiàng)目的加權(quán)系數(shù)滿足了機(jī)械加工中的要求。 在基于位置的阻抗控制基礎(chǔ)上，提出了一種任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行的協(xié)調(diào)控制方法，在控制進(jìn)行中，控制器可以根據(jù)目前的系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)預(yù)先規(guī)劃的期望位置或期望力進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程中的變化。根據(jù)柔順控制的特點(diǎn)，本文分別針對(duì)進(jìn)給速度和期望力的調(diào)整設(shè)計(jì)了兩種控制方案，其控制部分應(yīng)用本文提出的模糊阻抗控制方法。

5、該協(xié)調(diào)控制方法繼承了阻抗控制的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了環(huán)境突變對(duì)加工效果產(chǎn)生較大的影響，適用于柔順控制作業(yè)中環(huán)境不確定性較大的情況。 研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人力/位跟蹤方法，將力控制方法和位置控制相結(jié)合，通過顯式力控制方法進(jìn)行了移動(dòng)機(jī)器人在不確定環(huán)境下的力/位跟蹤實(shí)驗(yàn)研究。其中力控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的PD控制方法，與常規(guī)PD方法相比，該方法可以提高跟蹤速度，減小超調(diào)。 機(jī)器人離線編程及仿真技術(shù)是機(jī)器人研究中的重要領(lǐng)域。