基于球型腕的靈巧機器人零力控制研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)的不斷革新，機器人已廣泛應(yīng)用于航天、深海、核工業(yè)等領(lǐng)域，其作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變、危險狹窄，且超出了人類身體極限，對機器人控制提出了巨大挑戰(zhàn)。機器人與非結(jié)構(gòu)化環(huán)境交互作業(yè)，經(jīng)常與環(huán)境中的設(shè)備、工具等操作對象會發(fā)生碰撞或干涉等情況。因此，為提高機器人與非結(jié)構(gòu)環(huán)境交互的柔順性和安全性，研究零力控制策略意義重大。本文以研制的靈巧機器人的柔順問題展開研究，主要從關(guān)節(jié)摩擦建模與補償和設(shè)計零力控制策略這兩個角度出發(fā)，提高靈巧機器人的柔順能力

2、，主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，本文在研究球型腕的基礎(chǔ)上，設(shè)計了靈巧機器人，建立了靈巧機器人的三維模型，并簡單介紹了其結(jié)構(gòu)特點;建立了靈巧機器人的運動學(xué)模型，推導(dǎo)了正/逆運動學(xué)方程，得到了操作空間與關(guān)節(jié)空間的運動學(xué)關(guān)系;采用微分運動原理構(gòu)造了靈巧機器人雅克比矩陣，并設(shè)計了性能評估指標(biāo);建立了靈巧機器人的動力學(xué)模型，并給出了靜力變換關(guān)系，為零力控制奠定基礎(chǔ)。
　　然后，介紹了摩擦補償方法，建立了靈巧機器人關(guān)節(jié)的摩擦模型，并分析

3、了模型參數(shù)對摩擦力矩的影響;提出了基于能量法的遺傳算法辨識摩擦模型，設(shè)計了摩擦模型參數(shù)的辨識算法;仿真表明該算法辨識的摩擦模型與真實值誤差很小，并驗證了辨識參數(shù)的有效性。
　　最后，針對靈巧機器人與非結(jié)構(gòu)化環(huán)境交互的柔順性問題，提出了基于力矩的零力控制和基于力速變換的零力控制，在補償關(guān)節(jié)摩擦力矩和重力項的基礎(chǔ)上，將傳感器檢測的環(huán)境交互力通過雅克比逆矩陣等處理為力矩或速度，實現(xiàn)機器人柔順跟隨環(huán)境交互力運動，并分析了無需六維力傳感器的