关键词： 模块化机器人   快速拆装   柔顺控制   运动学   阻抗关系  

摘要： 在进行快速拆装任务时,模块化机器人既要有较高的伺服刚度与结构强度,又要对接触物体表现出一定的顺从特性,为此,提出一种面向快速拆装的模块化机器人柔顺控制方法。分析机器人拆装时的正逆向运动学,获取末端执行器与基座间的总坐标转换形式,以及对应关节的旋转角度,调整模块力的反馈作用,令阻抗与导纳趋于动态均衡。基于机器人与外界环境间作用力,建立模块阻抗关系,推算柔顺控制规律,利用设计的自适应柔顺控制模型,取得期望控制力,令模块到达期望位置。实验测试中,使机器人模块随实验人员手部移动,跟随运动轨迹表明,其能够较好地适应手部给予的未知力,各方向上的跟随速度与作用力拟合情况以及零件实际装配结果较为优越,具备良好的控制稳定性,且满足快速拆装时的柔顺控制基本需求。

关键词： 智能轮椅   姿态调节   人体生物力学   运动学建模   导纳控制   可视化仿真  

摘要： 针对目前多姿态智能轮椅姿态调节舒适性差且存在安全风险的问题,提出一种基于导纳控制的轮椅多姿态柔顺控制策略.首先,基于人体生物力学,分析和获取了人体姿态调节过程中的舒适姿态及人-座椅面压力分布图.其次,采用DH参数法对轮椅座椅姿态调节机构进行运动学建模,并以此为基础,以位置环为内环反馈,建立人-座椅面压力外环驱动的导纳控制策略.最后,构建了基于CoppeliaSim和MATLAB的可视化仿真,建立轮椅姿态调节机构的URDF模型,采用LuaSocket实现MATLAB和CoppeliaSim间的通信,进行联合仿真.仿真结果表明轮椅在姿态调节过程中,人与座椅面间的压力变化平稳,可以自适应地调整其位姿,使用结束后能及时回到初始位姿,验证了该方案的可行性与有效性.

关键词： 救援机器人   夹持装置   柔顺控制  

摘要： 灾难救援机器人能够在危险环境下代替人类实施救援任务,由于灾害现场复杂多变,空间紧张,救援机器人往往需要在重载条件下进行工作。大型液压机械臂末端夹持装置,存在阻尼低、刚度弱、易振荡等固有缺陷,且夹持装置直接与环境接触,其耦合规律复杂,阻尼/刚度性能难以精细调控,夹持装置不能实现柔顺控制,极大限制了机械臂与环境的交互,甚至会造成人员伤亡和财产损失。采用阻抗控制中的导纳控制,对救援机器人的末端液压夹持装置进行柔顺控制,通过AMESim-Simulink联合仿真平台,搭建夹持装置模型进行仿真验证。仿真结果表明,采用导纳控制器的夹持装置与环境柔顺交互,取得了较好的控制效果。

关键词： 柔顺控制   人机交互安全   阻抗控制   康复前期   力传感器  

摘要： 针对下肢康复训练机器人被动训练过程中没有考虑到人机交互力可能对患者造成二次损伤问题,提出一种基于力传感器的下肢康复训练机器人柔顺控制的方案。通过位置控制内环进行轨迹跟踪训练,通过力传感器将检测到的力作用于阻抗控制力外环,当人机交互力大于设定阈值时进行柔顺运动,并且考虑到过大力值转化的顺应位移可能过大问题,通过设定角度阈值,对顺应位移进行限制,避免关节运动范围过大对患者造成伤害。当小于阈值时按照原定的轨迹继续进行被动康复训练。实验结果表明,所设计控制算法实现了对被动训练过程中力的柔顺控制,在保证康复训练效果的同时提高了康复训练的安全性。

关键词： 四足机器人   跳跃步态   PD控制器   三次多项式  

摘要： 为减弱四足机器人跳跃步态起跳与落地时所受到的地面冲击力影响,研究四足机器人跳跃步态主动柔顺控制方法。采用三次多项式拟合五连杆同轴四足机器人跳跃步态机体质心轨迹曲线,通过不同轨迹曲线函数描述跳跃过程中起跳、腾空、缓冲、恢复4个阶段;引入PD控制器修正机体质心落地相轨迹曲线,优化四足机器人落地时收腿缓冲、恢复站立等位移响应曲线;利用Webots仿真平台与试验样机开展大量重复跳跃试验。结果表明:所设计的方法对四足机器人的平稳跳跃有较好的改善效果,能有效提高机器人的运动稳定性。

关键词： 外骨骼机器人   人机协同   柔顺控制   反驱特性   泵控驱动  

摘要： 人机协同控制是主动式外骨骼机器人实现助力行走的关键技术之一。根据站立相是人体行走的主要发力过程和泵控驱动单元自身具备的优良反驱特性,提出一种站立相主动助力、摆动相被动跟随的外骨骼机器人行走协同控制策略。建立泵控关节的运动学与动力学模型,获得外骨骼机器人关节运动轨迹与泵控驱动单元输出力之间的动力学关系,通过外骨骼机器人背部末端的人机交互力信息实现了站立相的柔顺助力控制。在摆动相过程中,人体的摆动腿具有发力小、速度快的特点,充分利用泵控驱动单元的反驱特性,实现了外骨骼机器人摆动相的被动跟随控制。开展了泵控外骨骼机器人试验测试,结果表明提出的协同控制策略有效可行。降低了人机交互控制的难度,减少了助力行走的能量消耗。

关键词： 腿足式机器人   缓冲策略   柔顺控制   稳定性分析   复合控制  

摘要： 针对腿足式机器人的腿部运动模式,提出一种变刚度落地缓冲策略,对机器人躯干质心处预期的冲击进行规划,针对不同落地阶段采用不同控制方式。在缓冲阶段,通过躯干加速度规划的方式计算预期足底力,将该力映射到关节空间。在其他阶段,采用比例微分(proportional differential,PD)控制与滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的方式,保证运动的快速性和稳定性,并用李雅普诺夫第二法证明稳定性。试验表明,机器人质心在1.65 m处下落,该方法可使足地冲击小于1.7g。此冲击力与人上台阶的冲击力相近,说明该方法可起到良好的缓冲效果。

关键词： 并联机器人   柔顺控制   外力估计   阻抗控制  

摘要： 针对并联机器人在作业过程中的位置精确控制及柔顺控制问题,提出了基于外力估计的并联机器人柔顺控制策略,实现并联机器人在作业过程中位置和力的高性能动态交互。基于外力估计的柔顺控制实现过程中,考虑到接触力传感器成本较高,提出一种无传感器外力估计的方法。首先建立并联机器人以及伺服运动系统动力学模型,利用所建立的动力学模型和电机的电流反馈值来估算外力作用时机器人关节力的变化。其次根据估算的并联机器人关节力,设计基于位置的阻抗控制,使并联机器人末端执行器与环境柔性接触,确保并联机器人的作业精准度与柔顺度。最后选取合适的阻抗控制参数,对所提出的柔顺控制策略进行仿真分析并且在搭建的实验平台上进行了实验验证,实验结果表明所提出的方法可以实现并联机器人的精确柔顺作业。

关键词： 柔顺驱动   奇异摄动法   力/位混合控制   神经网络   打磨机器人  

摘要： 针对柔顺打磨机器人在移动作业过程中,在基础振动、柔性振动与环境接触力耦合作用下非线性控制问题,提出一种新型鲁棒轨迹跟踪力/位混合控制策略。使用第二类拉格朗日法建立柔顺机械臂的动力学方程,通过奇异摄动法将上述系统分为快、慢2个时间尺度的子系统。慢变子系统对系统刚性部分采用力/位混合控制方法,其中力控制采用PID控制,位置控制采用基于神经网络的鲁棒控制。快变子系统对系统柔性部分采用速度差反馈法进行控制。结果表明:利用所提出的控制策略,机械臂末端的轨迹跟踪效果较好且打磨力保持稳定,对非线性振动有较好的抑制效果。

关键词： 机器人示教   变参数导纳控制   柔顺控制  

摘要： 针对在工业化人机示教场景下,考虑人机交互的柔顺性与安全性需求,提出了一种基于变参数导纳控制的机器人直接示教方法。首先对示教系统的组成结构进行说明,再基于导纳控制原理以及交互柔顺性与安全性需求设计变参数导纳控制器,最后通过路径拖动示教实验来验证所设计的控制器的有效性。结果表明,提出的控制方法具有较好的准确性,并能保证转向时的安全性。