敏感裝置力位解耦控制策略研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和交互式遙操作機器人技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，可作為人機接口裝置的觸感裝置的需求量逐年攀升。觸感裝置既可以直接通過操作者手部位置信息控制遠端機器人或虛擬現(xiàn)實中的機器人，實現(xiàn)遙控操作。同時，它也將從端機器人或者虛擬環(huán)境中傳感器感覺到的力或力矩信號反饋給操作者，使得處于近端的操作者擁有臨場感，實現(xiàn)遠距離作業(yè)或者與虛擬環(huán)境的觸覺交互。無論在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域還是遙操作領(lǐng)域，透明性的研究一直是各國學(xué)者研究的熱點，其中，影響其透明性的因

2、素之一即為觸感裝置的動力學(xué)特性，其主要表現(xiàn)在兩方面，其一是觸感裝置的力位耦合使得觸感裝置本身的重力、摩擦力以及慣性力等連同反饋作用力一起反饋給操作者，使操作者不能感受到真實的作用力，影響下一步操作，另一方面是力位耦合使得從端或者虛擬環(huán)境傳遞回的反饋作用力對觸感裝置的位置命令信息產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致從端或者虛擬環(huán)境從手不能準確的跟蹤觸感裝置的位置命令。本文針對觸感裝置的動力學(xué)特性，展開對其力位解耦的控制研究。
　　 首先，利用Lagra

3、nge方法對觸感裝置的各個關(guān)節(jié)建立Lagrange方程，得到包括重力、慣性力的觸感裝置動力學(xué)方程;在各種摩擦力模型的研究基礎(chǔ)上，選擇Coulomb+Viscous摩擦模型來描述觸感裝置關(guān)節(jié)處的摩擦力;將觸感裝置關(guān)節(jié)處摩擦力計入到整體模型中，得到完整的動力學(xué)模型，并對其動力學(xué)參數(shù)進行線性化，通過最小二乘向量機方法對參數(shù)進行了估計。
　　 其次，針對觸感裝置系統(tǒng)內(nèi)存在的參數(shù)不確定及易受外部干擾等問題，研究設(shè)計了一種基于干擾觀測器的機

4、器人滑?？刂?。通過干擾觀測器檢測外加干擾及不確定因素，并對其進行補償修正，使觸感裝置按照期望軌跡運動，并且設(shè)計變指數(shù)趨近律，降低滑?？刂浦械亩墩瘳F(xiàn)象，達到良好的控制效果。對控制系統(tǒng)進行了仿真，驗證了本設(shè)計的正確性，實現(xiàn)了良好的控制。
　　 最后，在現(xiàn)有的力位補償方法基礎(chǔ)上分別建立摩擦力、重力、慣性力補償模型進行附加力補償，對于附加位移也通過建立附加位移模型進行了補償。此外，通過設(shè)計直接力反饋控制結(jié)構(gòu)，完成對觸感裝置的整體設(shè)計，并