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文档简介

仿人柔性臂的交互控制研究随着机器人应用场景的不断扩展,机器人与人之间的安全交互与协作已经成为了机器人发展的主要趋势。传统的工业机器人往往需要与人之间实现物理隔绝,限制了人与机器人间的协作。因此,如何实现人机共融成为了急需解决的关键问题。本文主要针对机器人与人的交互安全性与柔顺性开展研究。首先基于串联弹性驱动器(SerialElasticActuator,简称SEA)搭建了碰撞实验平台,探究影响碰撞安全的主要因素,为机械臂的机构设计提供参考。之后在仿人机械臂上开展基于关节力矩控制的位置控制与拖动示教研究,确保机械臂具有良好的交互柔顺性。本文的主要贡献有:1)开展人机碰撞研究。构建人机碰撞模型,搭建基于SEA的单自由度碰撞实验平台。针对包覆材料厚度、碰撞速度、负载惯量和关节刚度等因素进行了探究,并对这些因素的局限性进行分析。实验结果表明,增加包覆材料厚度,减少负载惯量,减少碰撞速度和降低关节刚度可以减少碰撞力。2)设计基于SEA力矩控制内环的柔性臂位置控制器。首先,采用各关节独立的PID控制器对柔性臂进行位置控制。由于积分环节影响柔顺性,重新设计了带重力补偿的PID位置控制器。其次,采用最小二乘法对各连杆的质量参数进行辨识,并结合辨识结果加入重力前馈,同时对积分环节进行输出限幅。实验结果表明,在保证位置跟随效果的同时取得了良好的交互柔顺性。3)设计一种带重力前馈的示教控制器。通过示教过程中对机械臂各关节在不同位置下的重力补偿,实现在较小牵引力

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