基于指尖傳感器的DLR-HIT機器人靈巧手阻抗控制的研究.pdf

1、機器人靈巧手的柔順控制一直是其智能化研究的重要方向。當靈巧手從事對物體抓握操作等復雜作業(yè)時，不可避免的與環(huán)境發(fā)生接觸，這就對機器人的柔順性提出了要求，即機器人對工作環(huán)境應具有一定的順從能力，具有一定的魯棒性來提高其克服不確定因素和適應操作環(huán)境變化的能力，這是機器人的智能化的重要特征。因此，為提高機器人靈巧手的本體性能和控制性能，本文結(jié)合國家“863”課題“具有多種感知功能的多手指仿人機器人靈巧手及其遠程遙控作業(yè)的研究”，重點研究了DLR

2、/HIT機器人靈巧手手指的阻抗控制問題。 DLR/HIT機器人靈巧手采用模塊化設計方法，通過集成化的機械本體設計和全數(shù)字的電路設計實現(xiàn)了靈巧手的模塊化。這種方法大大簡化了多指手的設計過程，由于手指間的可互換性提高了多指手的可靠性，簡化了維護難度。DLR/HIT機器人靈巧手的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，特別是其特有的DSP/FPGA結(jié)構(gòu)的全數(shù)字數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具有高速、高集成度等特點；并根據(jù)多指手的控制要求設計了必需的API函數(shù)和相關的用戶

3、接口，從而使任何不了解多指手硬件工作原理的操作人員可以輕松地實現(xiàn)對所有系統(tǒng)硬件資源的訪問和控制，為DLR/HIT多指手的控制、抓取操作研究提供了一個良好的實驗平臺。 力感知是靈巧手抓握和操作的重要條件，本文研制了高度微型化、集成化的6維指尖力/力矩傳感器。該傳感器采用微型的彈性體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)力和力矩的敏感，使用高性能的表面封裝元件構(gòu)成信號調(diào)理電路，并實現(xiàn)了全數(shù)字串行輸出。電路放置在傳感器的本體中，不僅實現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)的微型化和集成化

4、，而且提高了傳感器輸出信號的品質(zhì)。靜態(tài)耦合是影響多維力傳感器測量精度的主要因素，本文基于最小二乘理論，根據(jù)傳感器的具體結(jié)構(gòu)特點提出了一種靜態(tài)線性解耦方法。實驗結(jié)果表明，微型6維指尖力/力矩傳感器達到了靈巧手系統(tǒng)的使用要求。 研究了DLR/HIT機器人靈巧手的控制結(jié)構(gòu)，利用手指運動學和關節(jié)運動學結(jié)論，并基于抗積分飽和PID控制算法，實現(xiàn)了手指關節(jié)位置跟蹤和指尖笛卡爾位置控制策略；同時，在位置控制基礎上，當機器人靈巧手在完成與環(huán)境相

5、接觸的作業(yè)時，對機器人靈巧手的柔順控制進行了研究，本文利用指尖力傳感器，基于力和基于位置的兩種阻抗控制策略實現(xiàn)了DLR/HIT機器人靈巧手手指的主動柔順控制，并提出了一種新的控制算法，避開了直接計算阻抗控制中的加速度項，實現(xiàn)了二階模型的阻抗特性。 機器人靈巧手在完成某些特定任務時，要求手指與被操作對象保持一定的接觸力。本文在分析阻抗控制力跟蹤特點的基礎上，進一步研究了阻抗控制的力跟蹤問題，并且從實際應用的角度出發(fā)，提出了適合于D