基于阻抗控制的机器人力控制技术研究

发布时间：2021-05-16 18:38

　　主从式机器人作为机器人研究中的一个重要研究领域,在航天、核废物处理、医学手术等领域有着广泛的应用。在主从式机器人的研究中,在保证从机械手可以跟随主操作手运动的同时,将从手受到的接触力反馈到主手能够极大的提高主从式机器人的操作体验。控制主操作手输出期望的力信号,需要用到力控制方法。本文基于实验室的“主从式手术机器人”课题,对于基于阻抗控制的机器人主操作手力控制进行了仿真与实验研究。首先,本文对于实验平台中所使用的Delta主操作手机构进行了适当的简化并建立了坐标系。接着进行了运动学分析,建立了Delta主操作手的正逆运动学模型。然后利用MATLAB与ADAMS联合仿真的方式所建立的模型进行了验证。利用虚功原理的方法对Delta主操作手进行了动力学分析,并利用ADAMS与MATLAB对于模型的正确性进行了验证。其次,对于基于位置的阻抗控制方法进行了分析,将其运用到之前所建立的机器人模型上进行力控制仿真实验。利用SIMULINK搭建了仿真模型,测试了阻抗控制算法在阶跃信号、斜坡信号、正弦信号下的跟踪情况,并进行了变环境仿真实验。对于阻抗控制算法的跟踪性能进行了分析,验证了其对于力跟踪的有效性... 

【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】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 力觉主手设备的国内外研究现状
        1.2.1 力觉主手设备的国外研究现状
        1.2.2 力觉主手设备的国内研究现状
    1.3 力控制方法的研究现状
        1.3.1 基本力控制方法
        1.3.2 先进力控制方法
    1.4 本文研究的主要内容
第2章 Delta机器人运动学建模
    2.1 引言
    2.2 Delta机器人总体结构分析
    2.3 Delta机构的运动学分析
        2.3.1 Delta机构的简化
        2.3.2 Delta机构的运动学逆解分析
        2.3.3 Delta机构的运动学正解分析
    2.4 Delta机构的运动学验证
        2.4.1 Delta机构的逆解验证
        2.4.2 Delta机构的正解验证
    2.5 本章小结
第3章 Delta机器人动力学建模
    3.1 引言
    3.2 动力学求解方法介绍
    3.3 速度与加速度关系的分析
        3.3.1 Delta机器人雅克比矩阵的求取
        3.3.2 Delta机器人速度关系的求取
        3.3.3 Delta机器人加速度关系的求取
    3.4 Delta机器人动力学模型的建立
        3.4.1 基于虚功原理的动力学方程
        3.4.2 Delta机器人动力学模型
    3.5 Delta机器人动力学模型验证
    3.6 本章小结
第4章 Delta机器人的力控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 基本阻抗控制策略
        4.2.1 基于位置的阻抗控制策略
        4.2.2 期望阻抗参数对控制系统性能影响的分析
    4.3 阻抗控制仿真实验研究
    4.4 自适应阻抗控制
    4.5 自适应阻抗控制仿真
    4.6 本章小结
第5章 Delta机器人力控制实验研究
    5.1 引言
    5.2 基于Delta主操作手的实验平台介绍
        5.2.1 控制器与传感器选型介绍
        5.2.2 驱动元件选型介绍
    5.3 实验步骤
    5.4 实验研究
        5.4.1 阻抗控制力控制效果实验
        5.4.2 自适应阻抗控制正弦信号跟踪实验
        5.4.3 阻抗控制与自适应阻抗控制对比实验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]力觉临场感遥操作机器人技术研究进展[J]. 宋爱国.  机械制造与自动化. 2012(01)
[2]力反馈主手研究现状及其力控制方法研究[J]. 刘海波,席振鹏.  自动化技术与应用. 2009(03)
[3]主从式遥微操作机器人力反馈控制系统的研究[J]. 孙立宁,荣伟彬,刘品宽,蔡鹤皋.  机器人. 2002(04)
[4]并联机器人机构学基础理论的研究[J]. 黄真.  机器人技术与应用. 2001(06)



本文编号：3190198