具有力-位補(bǔ)償?shù)挠|感裝置動(dòng)力學(xué)及控制問題研究.pdf

1、對(duì)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)來講，透明性一直是各國研究者所追求的目標(biāo)，即要求觸感裝置為操作者提供精確的運(yùn)動(dòng)控制和真實(shí)的力覺感知。然而，在系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)工作中，主手的動(dòng)力學(xué)特性卻成為一個(gè)主要干擾，即：主手的力一位耦合導(dǎo)致主手自身運(yùn)動(dòng)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(duì)主手輸出的位置信息形成干擾，使得從手的運(yùn)動(dòng)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(duì)象，提出一種模型參考力一位補(bǔ)償方法來解決上述兩個(gè)問題，展開涉及機(jī)器人動(dòng)力學(xué)和控制兩大領(lǐng)域的研究工作。
　　 對(duì)Premium1.5的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換與傳遞的路徑。對(duì)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(jìn)行分析，提出為消除干擾力對(duì)力反饋的影響需要實(shí)時(shí)施加平衡力矩

3、和為消除反饋力對(duì)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(duì)Premium1.5進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，利用Lagrange方法建立Premium1.5的動(dòng)力學(xué)方程，并對(duì)其進(jìn)行線性參數(shù)化，將動(dòng)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(kuò)展進(jìn)入主手的線性參數(shù)化方程，建立起計(jì)及主手重力、慣性力及關(guān)節(jié)處摩擦的完整動(dòng)力學(xué)模型。

4、r>　　 將Premium1.5的完整動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行適當(dāng)修正，結(jié)合操作者手的動(dòng)力學(xué)特征，建立主手附加位移的動(dòng)力學(xué)模型。從實(shí)際的使用狀況出發(fā)，給出位置和力的激勵(lì)條件，經(jīng)過數(shù)值計(jì)算，完成了Premium1.5力一位補(bǔ)償?shù)膭?dòng)力學(xué)仿真。對(duì)力補(bǔ)償時(shí)主手運(yùn)動(dòng)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(jìn)行分析；對(duì)位置補(bǔ)償時(shí)因工作環(huán)境與操作者手的動(dòng)力學(xué)特性的不匹配所產(chǎn)生的主手附加位移進(jìn)行較精確的量化，對(duì)所建立的主手附加位移動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)