未確知環(huán)境下機(jī)器人力控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和對(duì)機(jī)器人智能化要求的不斷提高，以往以位置控制為主的機(jī)器人控制方法已不能滿足某些復(fù)雜環(huán)境(裝配、拋光、去毛刺、助力機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人)的應(yīng)用要求，機(jī)器人與環(huán)境間力/位置控制方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端接觸力和位置期望值跟蹤控制，適應(yīng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)動(dòng)控制的要求。本文主要針對(duì)機(jī)器人參數(shù)攝動(dòng)及外界工作環(huán)境接觸剛度的不確定性進(jìn)行力/位置控制研究和探討，主要研究結(jié)果概括如下：
　　 1.考慮摩擦及外界干擾的情

2、況下，針對(duì)具有參數(shù)不確定性的機(jī)器人系統(tǒng)，提出三種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行不確定性補(bǔ)償?shù)牧?位置控制方法。方法一，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償機(jī)器人模型的未建模動(dòng)力學(xué)部分等參數(shù)不確定性帶來的影響，同時(shí)在力控制回路中采用灰色預(yù)測(cè)模糊調(diào)節(jié)，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度；方法二，利用模糊CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)魯棒自適應(yīng)補(bǔ)償控制器，保證輸出跟蹤誤差漸進(jìn)收斂到零；方法三，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償機(jī)器人本身的不確定性，并采用RLS算法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)，進(jìn)而確定合適的阻抗

3、參數(shù)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。三種控制方法的仿真結(jié)果皆表明對(duì)于模型參數(shù)攝動(dòng)和變化的工作環(huán)境，可以使機(jī)器人系統(tǒng)具有良好的魯棒性和適應(yīng)能力。
　　 2.針對(duì)環(huán)境剛度未確知情況下的位控機(jī)器人進(jìn)行力控制研究，提出四種控制方法。方法一，利用遺傳算法優(yōu)化模糊控制器的參數(shù)，引入灰色預(yù)測(cè)決策機(jī)制使控制器對(duì)機(jī)器人和環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)接觸過程具有適應(yīng)能力；方法二，利用遞推最小二乘算法根據(jù)機(jī)器人對(duì)未知接觸環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來在線估計(jì)環(huán)境參數(shù)，然后選擇一個(gè)合適的模糊控

4、制規(guī)則調(diào)整因子對(duì)力控向量進(jìn)行控制；方法三，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)器人力控制來適應(yīng)未知環(huán)境的變化，根據(jù)機(jī)器人對(duì)未知環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來對(duì)未知環(huán)境進(jìn)行分類，然后選擇一個(gè)合適的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)力控制器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制；方法四，模糊控制器取代傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制中的反饋控制器，得到模型參考模糊自適應(yīng)力控制策略。四種控制方法均采用把力控制器的輸出作為機(jī)器人位置控制部分給定的修正值，通過提高位置控制的精度達(dá)到控制力的目的，保證機(jī)器人與剛度變化較大的環(huán)境接

5、觸時(shí)，獲得較好的力跟蹤性能。
　　 3.針對(duì)機(jī)器人力控制時(shí)所對(duì)應(yīng)的受限運(yùn)動(dòng)控制問題，即同時(shí)滿足機(jī)器人自由空間的位置跟蹤能力和約束空間的力跟蹤能力，提出兩種智能控制方法來解決此問題。方法一，在阻抗控制器中引入滑模控制，以克服傳統(tǒng)的阻抗控制器中由于機(jī)器人或環(huán)境的不確定性和干擾而造成的魯棒性差的問題；方法二，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償機(jī)器人位置控制時(shí)的不確定性，當(dāng)機(jī)器人末端與環(huán)境接觸時(shí)，通過轉(zhuǎn)矩?fù)Q算得到實(shí)際的接觸力，無須使用力傳感器就可以同時(shí)控

6、制機(jī)器人力和位置。兩種控制方法都可以使得機(jī)器人在自由空間可以做未受約束運(yùn)動(dòng)，具有位置跟蹤能力，在面接觸空間做受約束運(yùn)動(dòng)，具有力跟蹤的能力。
　　 4.綜合阻抗控制和混合力/位控制的優(yōu)點(diǎn)，提出三種基于視覺的機(jī)器人力控制方法。方法一，利用視覺傳感器的測(cè)量特點(diǎn)，對(duì)未知環(huán)境邊緣進(jìn)行估計(jì)獲得位控和力控方向，根據(jù)位控和力控方向?qū)C(jī)器人終端的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，采用阻抗控制器使機(jī)器人獲得了較好的柔順性；方法二，通過力反饋信息對(duì)未知環(huán)境中的法線方