关键词： 下肢康复机器人   人机耦合动力学   柔顺控制   临床试验  

摘要： 针对多关节下肢康复机器人非线性人机交互作用力影响训练过程中舒适度和安全性的问题,提出一种人机耦合动力学建模方法和主动柔顺控制策略。结合脑卒中发病初-中期康复训练特点和降低髋关节输出功率的要求,确定出坐卧式下肢康复机器人自由度配置、自平衡结构原理,并完成具体模型设计。基于简化的人体肌骨模型,考虑人机耦合方式,确定出人机交互作用力模型,进一步给出考虑自平衡结构影响的人机耦合动力学模型。引入环境刚度模拟患者踩踏在不同路面的接触力效果,利用动力学前馈进行关节期望力矩补偿控制,并通过李雅普诺夫定理判定控制系统的稳定性。通过实验验证了轨迹跟踪、力跟踪的准确性,进一步通过临床试验,92.2%的脑卒中患者病情得到缓解,验证了研究内容的可行性和安全性。

关键词： 机器人抛光   力控装置   接触力控制   柔顺控制   BP神经网络PID  

摘要： 机器人自动化抛光过程中,工具与工件间的接触力控制尤为重要。基于主动柔顺控制的原理,提出了面向工业机器人的柔顺力控装置及控制方法。进行了系统的结构设计和动力学建模,基于BP神经网络PID算法,设计了该柔顺力控装置的自适应控制策略。最后进行力控跟踪实验,实验结果表明,柔顺力控装置能够保证打磨过程中工件与工具之间的接触力恒定,进而提高表面加工质量。

关键词： Stewart平台   摩擦补偿   动力学前馈控制   柔顺控制  

摘要： 与串联机器人相比,六自由度平台具有刚度高、承载能力大等优点,更适合于大型工件的装配。当机器人处于对接和装配状态时,机器人末端受到来自外部环境的力和力矩作用,对机器人的柔顺控制是执行任务的基础。提出了一种基于摩擦补偿的动力学前馈柔顺控制方法,首先建立Stewart平台的动力学模型,利用库仑摩擦模型和黏性摩擦模型对伺服电动缸的摩擦力进行估计,推导出包含摩擦力矩的运动学模型。设计了一种动力学前馈柔顺控制方法,无需在关节末端安装力传感器,平台受到外力时会顺应外力作用移动。最后实验结果表明,所提出的方法是一种经济、有效、可靠的方法,可以实现六自由度平台的柔顺控制。

关键词： 力传感器   重力补偿   机器人   插孔作业   主动柔顺控制方法  

摘要： 利用工业机器执行插孔作业时,经常会出现误差,导致插孔作业完全失败,还会由于接触力过大,损坏装配件及周边设备。针对上述问题,进行有效的机器人主动柔顺插孔控制研究具有重要的现实意义。利用激光扫描仪获取自身与机器人之间的距离,并转换为三维点云数据,获取机器人在激光扫描仪坐标系中的位置信息。通过六维力传感器采集机器人与工作环境接触时产生的存在误差的作用力,为降低六维力传感器的采集误差,通过计算重力补偿值,再与测量值相减,得出补偿后的作用力信息测量值。基于阻抗控制方式设计主动柔顺插孔控制模型,利用模型调节机器人力的输出结果,实现对机器人的控制。结果表明;与补偿前相比,经过力传感器重力补偿后,机器人的输出力偏差更小,说明所研究方法的机器人主动柔顺插孔控制精度更高,达到了研究目标。

关键词： 深度强化学习   深度确定性策略梯度   机械臂   柔顺捕获  

摘要： 针对空间机械臂在轨捕获问题,提出了一种基于深度强化学习原理的柔顺捕获控制方法,采用深度确定性策略梯度算法设计了控制器.在仿真环境中使用6自由度机械臂对特定质量、初始速度的目标进行了大量抓捕训练,使得控制器能够根据机械臂状态输出合适的力矩,促使目标运动速度最终趋近于0并能够有效降低交互过程中的冲击力.同时,对于不同质量和初始速度的目标,该控制器同样具备良好的适应性并可实现柔顺捕获.与传统基于阻抗控制原理的柔顺控制方法相比,该方法能够减小碰撞过程的最大冲击力,实现不依赖模型的柔顺控制,经工程化改进后有望应用于空间智能捕获任务中.

关键词： 助行机器人   柔顺控制   拖拽步态   标记点丢失   非接触检测  

摘要： 在辅助行走或步行康复训练过程中,助行机器人在紧密跟随人体步态的基础上,准确识别异常行为是人机交互的重要研究内容。为此,提出一种兼具通用性、鲁棒性与便捷性的非接触式多模态步行意图识别方法,能够准确识别多种步态并柔顺地控制机器人运行。首先,分析了步行辅助机器人和步行康复训练机器人的结构、功能与运动学模型,建立了内嵌式机载步态信息检测系统,从而准确描述步态变化规律;其次,为有效解决标志点丢失问题,提出了一种新型的扩展集员滤波算法来精确估计膝关节角度;最后,通过引入用户步态信息,建立了一种基于步态补偿的柔性控制方法并进行了实验研究。实验表明,提出的算法能够在有效克服标记点丢失的情况下,准确识别交互过程中的正常步态,并柔顺地控制机器人运动,同时对跌倒和拖拽步态进行有效识别,识别率分别达到91.3%和89.3%。该非接触式步态意图识别方法可以应用于具有类似结构的助行器及其日常助行与康复训练场景。

关键词： 非合作目标   空间双臂机器人   柔顺控制   协调控制   障碍李雅普诺夫函数  

摘要： 由于非合作目标惯性参数的不确定性以及双臂操控目标的拉扯/挤压作用,空间双臂机器人稳定非合作目标的过程中机械臂末端与目标可能产生过大的接触力与力矩,从而可能对目标造成损伤。针对该问题,提出了一种协调稳定控制方法,通过协调双臂期望运动实现双臂末端与目标交互的柔顺,降低稳定过程中产生的接触力与力矩。首先,利用目标惯性参数的估值规划稳定运动轨迹;然后,利用柔顺等式建立调整稳定运动轨迹的内外双环,分别针对目标惯性参数不确定性的影响和双臂末端对目标的拉扯/挤压,对期望运动进行调整,得到实现机械臂末端与目标接触柔顺的安全稳定运动轨迹;最后,基于障碍李雅普诺夫函数设计控制性能可约束的跟踪控制器,对双臂的运动进行协调控制,实现机械臂末端与目标交互柔顺的安全稳定控制。仿真算例验证了本文协调稳定控制方法的有效性。

关键词： 柔顺控制   自适应控制   阻抗控制   模糊控制  

摘要： 针对飞机清洗臂清洗飞机蒙皮过程中的接触力控制问题,提出了基于位置的模糊自适应阻抗控制策略,开展了相关的理论分析和仿真验证研究。在阻抗控制的基础上引入自适应控制,解决了传统阻抗控制难以精确跟踪位置的问题。同时,加入模糊控制器,通过力误差实时调节阻抗参数,提高位置跟踪的准确性和稳定性。搭建MATLAB仿真平台,仿真结果表明,该方法可以准确地实现对清洗臂末端的位置控制,提高了清洗臂的跟踪效果。

关键词： 全臂柔顺   先验动力学知识   递归参数辨识   辨识模型  

摘要： 基于动力学模型的阻抗控制无须力传感器,可降低系统复杂性,实现机械臂的全臂柔顺,但现实系统的动力学模型往往难以精确确定。监督学习可以通过关节状态回归辨识动力学模型,但辨识精度取决于观测数据的数量和质量,且难以泛化到未观测空间。提出一种基于先验动力学知识的递归参数辨识方法,可提高数据效率及泛化能力。辨识过程结合递推牛顿欧拉动力学算法,逐一递归辨识关节参数,减少鞍点数量,克服辨识结果对初值的依赖性。在此基础上,设计了柔顺控制器;其外环为阻抗控制,通过辨识模型实现了无力传感器的全臂柔顺;内环采用滑模控制器,以辨识力矩作为动力学前馈,并通过径向基函数神经网络补偿系统的动态不确定性。实验结果表明,所提出的递归辨识算法可通过少量观测数据辨识完备的动力学模型,并实现全臂柔顺控制。

关键词： 曲面跟踪   柔顺控制   先验轮廓倾角   法向控制速度  

摘要： 在机器人曲面磨抛过程中,当末端工具与工件曲面相对运动时,控制机器人运动使二者间的接触力保持在某个恒定期望值,对于曲面磨抛的质量控制具有重要的作用,对于进一步展开机器人磨抛工艺研究也具有积极的意义。针对过去力信号难以及时补偿将来轮廓变化而导致法向接触力不平稳的问题,提出一种基于力反馈和先验轮廓倾角的柔顺控制方法。首先基于阻抗控制方程建立机器人曲面跟踪柔顺接触模型,引入法向控制速度,推导出其与力反馈信息间的映射关系。同时,设计在线轨迹生成器,利用先验轮廓倾角计算法向先验速度,并对法向控制速度进行实时修正。最后将所提方法运用至机器人曲面跟踪物理实验,实验结果表明,该方法相比无先验速度修正的柔顺控制,能有效避免凸面/凹面区域下法向接触力震荡,力方差减小55%以上。