基于力觀測器的微創(chuàng)機(jī)器人力檢測與力反饋控制研究.pdf

1、微創(chuàng)外科機(jī)器人具有靈活性高、定位準(zhǔn)確、運(yùn)動平穩(wěn)和手眼協(xié)調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn)，然而，由于微創(chuàng)手術(shù)的特殊性，使得現(xiàn)有微創(chuàng)機(jī)器人系統(tǒng)缺乏力檢測和力反饋。針對上述問題，在分析現(xiàn)有力檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了外力觀測器對從機(jī)器人與環(huán)境間的作用力進(jìn)行觀測，設(shè)計了主從魯棒滑?？刂破骱椭鲝牧Ψ答伣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了無力/力矩傳感器力檢測與力反饋控制，為無力/力矩傳感器下的主從運(yùn)動和力反饋控制奠定了研究基礎(chǔ)。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，基于旋量理論分析了主

2、從微創(chuàng)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)，并結(jié)合拉格朗日動力學(xué)建模方法建立了主從機(jī)器人動力學(xué)模型。通過ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真驗證了從機(jī)器人動力學(xué)模型的正確性，并分析了主從機(jī)器人動力學(xué)方程中各項對總力矩的貢獻(xiàn)，為主從微創(chuàng)機(jī)器人動力學(xué)模型的簡化奠定基礎(chǔ)。
　　其次，在分析非線性干擾觀測器的基礎(chǔ)上，提出了從機(jī)器人非線性外力觀測器，用于實現(xiàn)從機(jī)器人與環(huán)境間相互作用力的觀測，同時證明了外力觀測器的穩(wěn)定性。鑒于關(guān)節(jié)摩擦對觀測精度的影響，確定了Strib

3、eck模型為關(guān)節(jié)摩擦模型，采用遺傳算法對摩擦參數(shù)進(jìn)行了辨識，在從機(jī)器人外力觀測器中進(jìn)行了摩擦補(bǔ)償，實現(xiàn)精準(zhǔn)的外力觀測。
　　再次，設(shè)計了微創(chuàng)機(jī)器人主從魯棒滑?？刂破鳎瑯?gòu)建了主從力反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)了對主從機(jī)器人的精準(zhǔn)的位置控制和力反饋控制。通過Simulink仿真驗證了在有/無摩擦補(bǔ)償?shù)那闆r下力反饋控制系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性，且具有良好的主從位置跟蹤能力。
　　最后，構(gòu)建了主從微創(chuàng)機(jī)器人實驗平臺，對外力觀測器和主從運(yùn)動和力反饋控制