通用力反饋設備的自適應阻抗控制仿真研究.pdf

1、力反饋設備是一種人機交互設備，當操作者通過力反饋設備與虛擬環(huán)境進行交互時，力反饋設備能夠提供虛擬環(huán)境的反饋力給操作者。操作者對力反饋設備進行操作時，操作者對力反饋設備施加的力可以通過測力裝置來進行測量。若要對操作者與力反饋設備之間的力進行控制，則需要采用阻抗控制的方法。本文針對力反饋設備采用自適應阻抗控制方法進行控制仿真與研究。
　　首先，介紹了力反饋設備的機械結構以及硬件部分的選型設計。對力反饋設備的驅動電機、關節(jié)傳感器以及數(shù)據(jù)

2、采集卡進行選型，并對其工作原理與性能進行研究。
　　然后，對力反饋設備進行運動學與動力學分析。建立力反饋設備運動學方程，求解力反饋設備的雅各比矩陣，并且得到力反饋設備的工作空間。采用Matlab機器人工具箱進行仿真，驗證運動學分析的正確性。采用拉格朗日法對力反饋設備進行動力學分析，通過編程來求解力反饋設備的動力學方程，為之后的自適應阻抗控制仿真做好了準備。
　　接著，針對力反饋設備進行了自適應阻抗控制仿真，并對仿真結果進行分

3、析。利用Matlab中的Simmechanics工具對力反饋設備進行建模，在Simulink環(huán)境下搭建了自適應阻抗控制系統(tǒng)，選取合適的阻抗控制參數(shù)M，K，B進行仿真。自適應阻抗控制具有不需要精確控制模型的優(yōu)點，通過迭代的方法進行控制。通過仿真得到末端執(zhí)行器的位移與力的跟蹤曲線，分析仿真結果可以得出，自適應阻抗控制方法可以準確跟蹤期望的阻抗力，具有較好的控制性能，并且對于外界環(huán)境的變化具有一定的魯棒性。
　　接著，采用模糊自整定的方

4、法對阻抗控制參數(shù)M,K,B進行尋優(yōu)。為了避免通過大量試用來確定阻抗控制參數(shù)，采用模糊自整定的方法對阻抗控制參數(shù)進行在線尋優(yōu)，在仿真過程中，不斷檢測位置的誤差及其變化率，制定模糊規(guī)則，通過模糊推理，最終進行解模糊來得到阻抗控制參數(shù)的最優(yōu)值，節(jié)約了大量時間并且具有良好的控制效果。
　　最后，采用基本的粒子群算法對阻抗控制M,K,B參數(shù)進行尋優(yōu)。將阻抗參數(shù)作為粒子，建立適應度函數(shù)，通過不斷的迭代計算來尋找最優(yōu)粒子的位置，最終得到最優(yōu)的阻