機器人與環(huán)境間力-位置控制技術研究與應用.pdf

1、隨著機器人應用領域的不斷擴展和對機器人智能化要求的不斷提高，以往以位置控制為主的機器人控制方法已不能滿足某些復雜環(huán)境（裝配、拋光、去毛刺、助力機器人、康復機器人）的應用要求，機器人與環(huán)境間力/位置控制方法同時實現機器人末端接觸力和位置期望值跟蹤控制，適應了機器人在復雜環(huán)境中運動控制的要求；當前，機器人與環(huán)境間力/位置控制研究大都基于機器人阻抗控制和機器人力/位置混合控制。本文在國家科技重大專項和國家自然科學基金課題的資助下，對機器人與環(huán)

2、境間力/位置控制關鍵技術開展研究，主要內容和創(chuàng)新點有：
　　 ⑴常規(guī)機器人阻抗控制性能受環(huán)境動力學和期望阻抗模型參數的影響明顯，為實現不同環(huán)境下機器人阻抗控制性能保持不變，期望阻抗模型必須作相應調整：在定義機器人阻抗控制性能指標基礎上提出系統穩(wěn)態(tài)時阻抗模型剛度計算方法；結合神經網絡估計環(huán)境等效剛度和二階系統臨界阻尼條件，計算出阻抗模型阻尼初值；提出了自適應模糊控制方法根據測量的接觸力、位移誤差及其導數實時調整阻抗模型的阻尼、剛度

3、參數值，提高機器人阻抗控制中接觸力/位置控制的動靜態(tài)性能；此外，為保持機器人與環(huán)境間接觸狀態(tài)和實現期望的接觸力控制，給出了環(huán)境位置誤差允許的范圍；提出了機器人操作空間中基于偽速度的機器人位置控制方法，提高機器人運動控制動態(tài)性能。
　　 ⑵修改常規(guī)的機器人力/位置混合控制方法，提出了機器人位置、姿態(tài)、力和力矩混合控制方法；針對機器人力/位置混合控制易受系統干擾影響的問題，研究基于Kalman 狀態(tài)觀測器的機器人力控制方法。結合機器

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，提出了性能優(yōu)良且對系統干擾具有較強抑制能力的機器人力/位置混合控制方法。
　　 ⑶將機器人與大剛性環(huán)境間碰撞接觸過程依次分為：接近運動階段、沖擊振蕩階段、阻尼振蕩階段和穩(wěn)定階段，為實現機器人末端與環(huán)境間快速穩(wěn)定和期望的接觸力控制，設計了針對不同階段的控制策略：針對接近運動階段的自適應非接觸阻抗控制，通過神經網絡實時調整阻抗模型參數以改變機器人接近過程的動力學特性，在

5、實現快速接近前提下減小后續(xù)的碰撞接觸沖擊效應；針對沖擊振蕩階段的機器人位移、速度與驅動力關系，設計鎮(zhèn)定控制器抑制機器人末端位移回彈運動以減小沖擊振蕩幅值，縮短沖擊振蕩持續(xù)時間；針對阻尼振蕩階段，提出了變參數機器人力/速度控制方法，建立基于系統能量快速衰減的參數調整規(guī)則，加快阻尼振蕩的穩(wěn)定和實現期望的接觸力控制。綜合沖擊振蕩與阻尼振蕩階段控制方法，設計模糊控制器根據鎮(zhèn)定控制原理對機器人力/速度控制中參數進一步微調，實現碰撞接觸后系統的快速