具有力-位補償?shù)挠|感裝置動力學(xué)及控制問題研究.pdf

1、對遙操作機器人系統(tǒng)來講，透明性一直是各國研究者所追求的目標，即要求觸感裝置為操作者提供精確的運動控制和真實的力覺感知。然而，在系統(tǒng)的現(xiàn)實工作中，主手的動力學(xué)特性卻成為一個主要干擾，即：主手的力一位耦合導(dǎo)致主手自身運動部件的重力、慣性力和摩擦力同交互作用力一起反饋給操作者，令操作者的力感覺失真；力一位耦合現(xiàn)象還使得反饋的交互作用力對主手輸出的位置信息形成干擾，使得從手的運動不能精確地跟隨操作者的位置指令。本文以SenSable Techn

2、ologies公司出售的PHANToM Premium1.5手指式觸感裝置為研究對象，提出一種模型參考力一位補償方法來解決上述兩個問題，展開涉及機器人動力學(xué)和控制兩大領(lǐng)域的研究工作。
　　 對Premium1.5的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行研究，明確其位置信息和反饋力信息在遙操作系統(tǒng)中實現(xiàn)轉(zhuǎn)換與傳遞的路徑。對引起力一位耦合現(xiàn)象的原因在Premium1.5的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中進行分析，提出為消除干擾力對力反饋的影響需要實時施加平衡力矩

3、和為消除反饋力對主手位移輸出需要建立主手附加位移模型這一套整體方案。
　　 采用指數(shù)積公式對Premium1.5進行運動學(xué)分析，利用Lagrange方法建立Premium1.5的動力學(xué)方程，并對其進行線性參數(shù)化，將動力學(xué)方程改寫為回歸矩陣與參數(shù)向量相乘的形式；選擇Coulomb摩擦組合粘性阻尼來描述主手關(guān)節(jié)處的摩擦力，將主手關(guān)節(jié)處摩擦力效應(yīng)擴展進入主手的線性參數(shù)化方程，建立起計及主手重力、慣性力及關(guān)節(jié)處摩擦的完整動力學(xué)模型。

4、r>　　 將Premium1.5的完整動力學(xué)模型進行適當修正，結(jié)合操作者手的動力學(xué)特征，建立主手附加位移的動力學(xué)模型。從實際的使用狀況出發(fā)，給出位置和力的激勵條件，經(jīng)過數(shù)值計算，完成了Premium1.5力一位補償?shù)膭恿W(xué)仿真。對力補償時主手運動部件的慣性力、離心力和哥式力、重力以及摩擦力的大小及比重進行分析；對位置補償時因工作環(huán)境與操作者手的動力學(xué)特性的不匹配所產(chǎn)生的主手附加位移進行較精確的量化，對所建立的主手附加位移動力學(xué)模型的準