機(jī)器人柔順控制算法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,各式各樣適合人類需要的機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)在了人們的工作和生活中,有些機(jī)器人的能力甚至超出了人們的想象。機(jī)器人在自由空間的控制已經(jīng)取得了良好的效果,在這樣的環(huán)境中機(jī)器人不與外界物體接觸只需要考慮路徑規(guī)劃問題。但是在工業(yè)生產(chǎn)中以及現(xiàn)實(shí)生活中物體之間的接觸是不可避免的,機(jī)器人也同樣需要和外界接觸來(lái)完成指定的功能。本文研究的控制算法正是為了解決這類有力接觸的問題而提出的。
　　首先,研究了基礎(chǔ)的阻抗控制算法,運(yùn)用阻抗控

2、制把運(yùn)動(dòng)軌跡和力控容納到一個(gè)動(dòng)態(tài)框架中。避免了位置和力需要兩套控制策略,減輕了控制任務(wù),并且對(duì)環(huán)境變化和擾動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。通過阻抗關(guān)系把很難同時(shí)控制的力和位置統(tǒng)一控制,實(shí)現(xiàn)起來(lái)變得簡(jiǎn)單了。阻抗方程中的慣性系數(shù),阻尼系數(shù),剛度系數(shù)等參數(shù)的選擇直接影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本文首先通過大量的試用來(lái)得到3個(gè)重要的阻抗系數(shù),使得慣性系數(shù),阻尼系數(shù),剛度系數(shù)都取得了比較理想的值。在自由空間里輸入不同的函數(shù)來(lái)驗(yàn)證阻抗控制算法,可以看出經(jīng)過控制器后輸出

3、曲線快速準(zhǔn)確地跟蹤上了輸入的曲線。在受力空間中主要驗(yàn)證力的跟蹤情況,通過實(shí)驗(yàn)可以看出阻抗控制可以把力控制在一定的范圍里,這樣在實(shí)際工作有很大的用處。
　　然后,使用了臨界試度法來(lái)調(diào)整阻抗參數(shù),首先把阻尼系數(shù)取值盡量小而剛度系數(shù)取值盡量大,這樣就把這兩個(gè)系數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響降到最低,來(lái)突出慣性系數(shù)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。得到臨界慣性系數(shù)和臨界周期后制定經(jīng)驗(yàn)公式表,得到理想的阻抗參數(shù)。這種離線調(diào)節(jié)系數(shù)的方法取得了良好的效果。避免了一個(gè)一個(gè)系數(shù)試

4、用的繁瑣工作,能快速得到最優(yōu)的系數(shù)值。
　　接著,研究了自適應(yīng)阻抗控制算法,它與基礎(chǔ)阻抗控制算法相比,最大優(yōu)點(diǎn)是可以在未知的環(huán)境下跟蹤準(zhǔn)確的期望力。自適應(yīng)阻抗控制算法可以在未知的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行力信息的處理,使用上一個(gè)控制周期的力矩來(lái)彌補(bǔ)阻抗方程中的不確定性。此算法中不再像基礎(chǔ)阻抗算法那樣要求精確的模型,只需要通過迭代思想使用上一個(gè)采樣周期的扭矩和角速度即可。進(jìn)一步研究了系數(shù)變化對(duì)控制效果的影響,并與基礎(chǔ)阻抗控制算法進(jìn)行了比較。