钟玉-多模态感知下的机器人半自主遥操作

模块化机器人主动柔顺控制研究与应用,导师：张宏、管贻生报告人：钟玉,研究背景与意义,国内外研究现状,研究内容与目标,计划进度与预期成果,研究方法与技术路线,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,3,研究背景与意义,如果能赋予机器人力觉，让机器人对环境具有柔顺性，就能将其从铁笼里解放出来，让其完成诸多力交互式作业任务，从而扩大机器人的应用范围，给社会带来更大价值。,随着机器人技术的发展，机器人已经广泛应用于各行各业，为社会带来了巨大的经济价值。但目前机器人主要是在结构化环境下从事搬运、焊接、喷涂等非接触式工作任务。其工作范围有很大的局限性，像精密装配、人机协作等有力交互式作业任务是目前传统工业机器人不能完成的。,机器人在结构化环境下作业,机器人在非结构化环境下作业,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,4,国内外研究现状,机器人能够对接触环境顺从的这种能力被称之为柔顺性(compliance)。,柔顺控制,主动柔顺控制也就是力控制，力控制又可以细分为机器人对交互力的感知及机器人对其正确响应。,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,5,国内外研究现状,交互力感知方法,1、通过给每个关节加入一个扭矩传感器从而实现交互力的感知，它可以检测出整个机器人的交互力信息。,2、双编码器测量谐波减速器两侧的微小角度差，再乘以谐波减速器的刚度获取关节扭矩。,DLRLBRIII关节模块,KUKAiiwa,UR3,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,6,国内外研究现状,交互力感知方法,3、双编码器测量串联弹性驱动器（SEA）两侧的角度差，再乘以SEA的刚度获取关节扭矩。,一种基于SEA的紧凑型变刚度关节,4、通过关节电机的电流反馈估计关节力矩的大小。,5、基于末端/腕部多维力矩传感器与底座多维力矩传感器感知交互力。,机器人基于末端多维力矩传感器装配作业,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,7,国内外研究现状,交互力感知方法,机器人交互力感知方式对比分析,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,8,国内外研究现状,阻抗控制,基于力的阻抗控制策略,基于位置的阻抗控制策略,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,9,研究目标及内容,在由关节模块组成的机器人上实现力控制，使机器人对环境具有柔顺性，从而完成一些具有力交互的作业任务，如螺栓螺母装配。,1.模块化机器人结构设计多传感器、零部件高度的机械、电器集成，关节连接件的优化设计。2.辨识操作臂未知动力学参数利用关节内部位置、力矩传感器对未知动力学辨识，如摩擦力辨识，并研究如何在控制器中对其进行补偿。3.机器人主动柔顺控制策略研究将基于位置的阻抗控制方法应用于模块化机器人系统，总结不同阻抗参数对机器人柔顺性的作用效果，形成一种可快速调节到理想状态的方法。,研究目标,研究内容,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,10,研究方法与技术路线,拟采取的技术路线,主要采用从部分到整体的思想。先将整个系统分成小单元，从小单元开始着手但同时考虑到各单元的整体性，不同的单元间并行展开以加快开发速度。,技术路线,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,11,研究方法与技术路线,参数辨识路线,给定相关特殊输入控制机器人运动，通过关节模块中的力矩传感器及编码器获取力矩、位置数据与理论值进行比较、分析得出部分未知动力学参数。,机器人力控框架,参数辨识,基于位置的阻抗控制,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,12,研究方法与技术路线,实验方案,本课题拟开展的实验是在主从操作及视觉引导的机器人螺栓、螺母装配，以充分发挥力控机器人的柔顺性。,2020/6/1,BiomimeticandIntelligentRoboticsLab,13,计划进度和预期成果,计划进度,1）2018.092018.12：完成单个模块的设计、加工及完成样机。2）2019.012019.05：实现单个模块的力控制，设计85关节模块及相关零部件采购。3）2019.062019.07：单个模块力控实验及撰写小论文。4）2019.082020.01：操作臂系统搭建及开