敏感裝置力位解耦控制策略研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互式遙操作機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，可作為人機(jī)接口裝置的觸感裝置的需求量逐年攀升。觸感裝置既可以直接通過操作者手部位置信息控制遠(yuǎn)端機(jī)器人或虛擬現(xiàn)實(shí)中的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)遙控操作。同時(shí)，它也將從端機(jī)器人或者虛擬環(huán)境中傳感器感覺到的力或力矩信號(hào)反饋給操作者，使得處于近端的操作者擁有臨場感，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離作業(yè)或者與虛擬環(huán)境的觸覺交互。無論在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域還是遙操作領(lǐng)域，透明性的研究一直是各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)，其中，影響其透明性的因

2、素之一即為觸感裝置的動(dòng)力學(xué)特性，其主要表現(xiàn)在兩方面，其一是觸感裝置的力位耦合使得觸感裝置本身的重力、摩擦力以及慣性力等連同反饋?zhàn)饔昧σ黄鸱答伣o操作者，使操作者不能感受到真實(shí)的作用力，影響下一步操作，另一方面是力位耦合使得從端或者虛擬環(huán)境傳遞回的反饋?zhàn)饔昧?duì)觸感裝置的位置命令信息產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致從端或者虛擬環(huán)境從手不能準(zhǔn)確的跟蹤觸感裝置的位置命令。本文針對(duì)觸感裝置的動(dòng)力學(xué)特性，展開對(duì)其力位解耦的控制研究。
　　 首先，利用Lagra

3、nge方法對(duì)觸感裝置的各個(gè)關(guān)節(jié)建立Lagrange方程，得到包括重力、慣性力的觸感裝置動(dòng)力學(xué)方程;在各種摩擦力模型的研究基礎(chǔ)上，選擇Coulomb+Viscous摩擦模型來描述觸感裝置關(guān)節(jié)處的摩擦力;將觸感裝置關(guān)節(jié)處摩擦力計(jì)入到整體模型中，得到完整的動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行線性化，通過最小二乘向量機(jī)方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行了估計(jì)。
　　 其次，針對(duì)觸感裝置系統(tǒng)內(nèi)存在的參數(shù)不確定及易受外部干擾等問題，研究設(shè)計(jì)了一種基于干擾觀測(cè)器的機(jī)

4、器人滑?？刂?。通過干擾觀測(cè)器檢測(cè)外加干擾及不確定因素，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償修正，使觸感裝置按照期望軌跡運(yùn)動(dòng)，并且設(shè)計(jì)變指數(shù)趨近律，降低滑?？刂浦械亩墩瘳F(xiàn)象，達(dá)到良好的控制效果。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的正確性，實(shí)現(xiàn)了良好的控制。
　　 最后，在現(xiàn)有的力位補(bǔ)償方法基礎(chǔ)上分別建立摩擦力、重力、慣性力補(bǔ)償模型進(jìn)行附加力補(bǔ)償，對(duì)于附加位移也通過建立附加位移模型進(jìn)行了補(bǔ)償。此外，通過設(shè)計(jì)直接力反饋控制結(jié)構(gòu)，完成對(duì)觸感裝置的整體設(shè)計(jì)，并