机械臂碰撞检测与响应策略及柔顺控制算法研究

发布时间：2021-01-20 12:57

　　协作型机械臂已逐渐成为研究的热点。人机协作的研究正向能够应对复杂多变的操作环境发展,这对机械臂的安全性提出了很高的要求。为了在保证安全的前提下进行人机协作,机械臂必须具有对外部物理碰撞的感知和响应能力,同时具备对外部作用力准确识别的功能。目前大部分的研究都是基于力传感器实现对外力的检测,且市场上的轻型协作机械臂大多配备了高性能的扭矩传感器,这使得机械臂的成本大幅上涨。若实现无传感器的外部碰撞检测和外力感知功能,将能够显著降低协作型机械臂的制造成本。目前具有代表性的无传感器碰撞检测算法是基于广义动量扰动观测器的碰撞检测算法,该算法可以对外部扰动力矩进行快速准确地跟踪。本文对该算法进行了仿真分析,并构建了考虑电机惯量及摩擦阻尼得扰动观测算法,实现了利用电机电流命令估计外部扰动力矩的功能。实现了无传感器的机械臂碰撞检测及响应功能。针对机械臂的人机协作功能,本文利用将外部扰动力矩估计值映射至关节空间轨迹命令的思想,通过将扰动力矩估计值映射至关节加速度命令,构建了惯性可调的柔顺控制算法,使控制算法在人机协作过程中呈现出惯性特性,并可通过调整参数,改变惯性大小。本文还通过将扰动力矩估计值映射至关节... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于视觉传感器的实时碰撞检测与规避KulicD等人通过机器视觉监测操作人员肢体位置，并构造了一个危险指数的

如图 1-1，由检测到的距离生成排斥向量，从而用于求运动任务。并实现了利用 7 自由度机械臂的冗余自由度在躲避动下进行操作[4]。图 1-1 基于视觉传感器的实时碰撞检测与规避lic D 等人通过机器视觉监测操作人员肢体位置，并构造了一个危结合机械臂当前轨迹，和操作人员运动轨迹，实时计算最有可能发碰撞点以及其危险指数，当危险指数超过设定阈值时，机械臂将利新规划轨迹，并避免碰撞的发生[5]，如图 1-2。

计算能力和机器人运动能力的限制，往往识别周围体时可能会失效，所以仅依赖视觉传感器提高安必须有应对物理碰撞的能力。传感器进行碰撞检测的研究有很多。Lu S 等人在关节加装六维力传感器，利用神经网络方法实现的估计，并在三菱 PA-10 机器人上完成了碰撞检确的估计碰撞外力的大小，但是仅限于安装传感扭矩传感器检测关节力矩，通过雅可比矩阵求解较方便，但是扭矩传感器引入了柔性，增加了动vej P 等人通过在机械臂每个关节加装加速度计，撞检测方法，并用该法实现了基于物理碰撞的空械臂弹性材料下安装电容皮肤传感器，结合关节精确检测[10]。图 1-3 为传感器安装方案，图 1-4制电路板，其上横向排布 8 个电容节点。该方法处理量大，成本高，不利于实际应用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电流的机器人故障检测与安全保护研究[J]. 宋吉来,徐方,邹风山.  组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[2]利用虚拟传感器的巡视器机械臂碰撞检测算法[J]. 居鹤华,冷舒.  哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[3]基于动量偏差观测器的机器人碰撞检测算法[J]. 吴海彬,李实懿,吴国魁.  电机与控制学报. 2015(05)
[4]基于轨迹规划的机器人碰撞检测研究[J]. 张铁,林君健,邹焱飚.  机床与液压. 2012(21)
[5]PVT插补及位置伺服变加减速处理[J]. 舒志兵,严彩忠.  电气应用. 2007(04)
[6]机器人安全性工程研究综述[J]. 胡政.  中国机械工程. 2004(04)
[7]机器人柔顺控制研究[J]. 殷跃红,尉忠信,朱剑英.  机器人. 1998(03)

硕士论文
[1]机械臂的碰撞检测研究[D]. 赵汉杰.哈尔滨工业大学 2017
[2]柔性关节的参数辨识及自适应控制算法研究[D]. 刘章兴.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：2989086