通用力反饋設(shè)備的自適應(yīng)阻抗控制仿真研究.pdf

1、力反饋設(shè)備是一種人機(jī)交互設(shè)備，當(dāng)操作者通過力反饋設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互時(shí)，力反饋設(shè)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(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，操作者對力反饋設(shè)備施加的力可以通過測力裝置來進(jìn)行測量。若要對操作者與力反饋設(shè)備之間的力進(jìn)行控制，則需要采用阻抗控制的方法。本文針對力反饋設(shè)備采用自適應(yīng)阻抗控制方法進(jìn)行控制仿真與研究。
　　首先，介紹了力反饋設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及硬件部分的選型設(shè)計(jì)。對力反饋設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)、關(guān)節(jié)傳感器以及數(shù)據(jù)

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

3、析。利用Matlab中的Simmechanics工具對力反饋設(shè)備進(jìn)行建模，在Simulink環(huán)境下搭建了自適應(yīng)阻抗控制系統(tǒng)，選取合適的阻抗控制參數(shù)M，K，B進(jìn)行仿真。自適應(yīng)阻抗控制具有不需要精確控制模型的優(yōu)點(diǎn)，通過迭代的方法進(jìn)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(jié)果可以得出，自適應(yīng)阻抗控制方法可以準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)行尋優(yōu)。將阻抗參數(shù)作為粒子，建立適應(yīng)度函數(shù)，通過不斷的迭代計(jì)算來尋找最優(yōu)粒子的位置，最終得到最優(yōu)的阻