关键词： 柔顺机构   位移放大机构   几何非线性   优化   控制  

摘要： 微纳操作技术是精密工程、生物工程、医疗技术与材料科学等众多领域的关键技术之一,受到国内外学者的广泛关注。微夹钳作为微纳操作系统中一种典型的末端执行器,其操作精度与稳定性直接影响了微纳操作系统的性能。压电驱动器响应速度快,分辨率高,是微夹钳的常用驱动方式之一。同时,柔顺机构具有无间隙、无摩擦等优点,是微夹钳的典型实现形式。其中,单级柔顺正交位移放大机构可通过正交位移转换实现微夹钳近似平行夹持操作,并通过位移放大提高操作的灵活性。然而,为进一步提升微纳操作的灵活性,需要对单级柔顺正交位移放大机构进行微型化设计,导致几何非线性问题与剪切问题显著,影响柔顺执行机构的操作精度。本文正是在这一背景下,对面向微纳操作的单级柔顺正交位移放大机构的非线性设计与控制进行研究,以实现压电叠堆驱动柔顺微夹钳操作的精准性与稳定性。(1)基于传统对柔顺正交位移放大机构的小变形线弹性建模,为了进一步提高机构输出位移的预测精度,考虑剪切作用引起的非线性因素以及大变形等几何非线性作用,对两种典型的单级柔顺正交位移放大机构进行精确的非线性建模与优化。具体内容包括:建立机构在夹持运动方向与寄生运动方向输出位移的线弹性解析模型,结合小变形静力学有限元分析,拟合剪切非线性修正系数;建立机构输出位移的几何非线性修正系数模型;进而考虑输出位移最大化并抑制寄生位移、几何非线性作用的影响,进行了机构平面尺寸和厚度的综合优化策略;利有限元仿真验证了机构输出位移非线性模型与非线性优化结果的有效性。(2)为实现精准的微夹钳平行夹持操作,以消除寄生位移和输出位移误差的影响,研究了基于单级柔顺正交位移放大机构的平行夹持控制。具体内容包括:优化机构传递函数的系统辨识;利用所建立的单力输入桥式位移放大机构期望夹持方向与输出寄生位移非线性模型,构造输出位移的前馈控制环节,并结合PID反馈控制,形成混合控制模型,实现稳定、快速、精准的平行夹持操作。(3)基于优化后的单力输入桥式位移放大机构,设计并制作了实验样机,进而基于光学显微测量技术,对样机性能进行了实验测试,验证机构非线性设计研究的有效性。

关键词： 脊柱手术机器人   椎板磨削手术   路径规划   导纳控制   模糊控制  

摘要： 椎板减压术是常见的脊柱手术,医生手持磨钻去除患者病变处椎板以达到释放脊髓神经压力的目的。椎板磨削正是其中的关键操作,但手动磨削耗时长、操作难度大、风险系数高,对医生的经验水平和体能意志力有很高要求,机器人辅助手术技术的发展为椎板磨削提供了新的途径。相比传统医生操作,机器人定位精度高、操作稳定且免疫辐射影响,其使用的CT医学图像经计算机增强处理、建模后可为机器人提供精确的手术路径规划,排除人工分析时可能受经验误导的风险。此外,为保证手术机器人与复杂环境交互的能力,其需要具备一定柔顺性。本文将对基于医学图像的机器人磨削路径规划、机器人柔顺力控包括术前摆位和术中自主磨削进行研究,并对各方案进行实验验证。首先在课题组现有脊柱手术机器人结构特点基础上,建立起运动学模型,进一步推导其速度雅可比矩阵,为后续力/位控制提供数学模型基础,并通过联合仿真对运动学正确性进行验证。完成运动学标定后使用激光跟踪仪测量了机器人的定位精度和重复定位精度,并对机器人各关节的驱动力传感器进行了分析测试,以保证机器人的运动精度和力感知能力满足后续研究要求。其次提出了一种基于医学图像三维重建的椎板磨削手术路径规划方法。使用水平集方法将原始图像中手术区域提取出来去除背景干扰。使用基于移动立方体的三维重建算法完成了脊椎骨的3D重建,用于三维空间导向规划。通过互动式的边界框对椎板模型表面进行采样,辅以中间层采样最终实现了椎板磨削路径规划。为保证手术机器人能适应复杂工作环境,其需要具备柔顺性,主要包括术前摆位和术中自主磨削功能。对手术机器人特点进行分析确定了合适的总体力控方案。对于术前零力拖拽,建立了基于速度调整的导纳模型用于运动控制,并对力传感器进行重力补偿。根据机器人运动状态估计操作者意图,通过模糊控制在线调整导纳参数,实现更柔顺的拖拽控制。对于磨削力控制,对磨削过程进行分析,确定了对刀具两个方向的运动分别控制的方案。通过双层结构提高了模糊控制器的适应能力,实时调整磨削参数将磨削力稳定在合理范围。最后完成了手术机器人实验平台的搭建。对骨磨削力控制算法进行仿真以验证可行性。分别对零力拖拽控制和磨削力控制算法进行编程实现和现场实验。对比采用定参数和变参数导纳控制拖拽过程的交互力和速度,说明了模糊变参数控制算法的有效性。对比采用位置控制、单层模糊力控制和双层模糊力控制用于磨削过程时接触力的大小变化,验证了磨削力控制算法的合理性。

关键词： 多臂系统建模   多臂规划   积分自适应导纳控制   多臂控制软件   轻型协作机械臂  

摘要： 多机器人协同是完成复杂作业的重要手段,成为近年来的研究热点。然而当前考虑多为松耦合场景,即每台机械臂依据设定的时间序列独立完成各自的工作,并未考虑其他机械臂的运动情况,难以保证整体工作效率和执行效果。为有效提高复杂作业任务的作业性能,需要将多台机械臂作为一个紧耦合系统考虑,实现实时交互和智能协同。基于此,本文开展了多臂紧耦合系统的运动学建模、协同柔顺控制方法的研究,并研制轻型协作机械臂、建立实验平台,开展典型作业任务的实验验证。结合实际任务场景建立了多臂操作同一目标时形成的紧耦合系统的运动学及操作力模型,并针对典型打磨作业任务提出了一种协同作业轨迹规划方法。以世界坐标系为参考,推导了多臂紧耦合系统与各个单臂之间的关系,采用最小范数法将工件的期望力分配到对应机械臂。进一步地,分析打磨作业的工艺特点,基于此规划多臂协同运动轨迹,包括起始段、工艺段、返回段,实现了多臂规划与工艺规划相互独立。为实现环境参数未知条件下的恒力跟踪,提出一种积分自适应导纳控制方法。将控制律表示为三阶线性系统方程、作业环境等效为弹簧模型,推导了控制误差传递函数,进一步分析了阶跃响应下的控制性能,仿真结果表明了所提出的积分自适应导纳控制方法比传统方法具有更好的性能,不存在稳态误差,克服了非线性离散补偿带来的难题,可方便在频域进行分析,实现参数优化并提高计算精度。进一步地,将所提出的协同轨迹规划和柔顺控制方法编写为软件,并开发了基于ROS的多臂协同控制系统,具备Ether CAT、CANopen、TCP\IP通讯兼容能力,并能同时控制3台机械臂。通过上下位机分离,实现了上位机通用性,可以在实物与Gazebo仿真平台之间任意切换,实现了仿真与实物控制“零”迁移工作量。软件采用Py Qt编写了可视化界面,实现可视化操作,数据实时显示等功能,同时在Gazebo中搭建三臂物理仿真环境,实现了物理仿真和虚拟显示功能。最后,研制了一台轻型协作机械臂并建立了三臂协作实验系统,开展了关键算法验证和多臂协同模拟打磨实验。所验证的机械臂自重9.23kg,负载2kg,采用Ether CAT通讯协议,与采用TCP\IP通讯的UR5机械臂和自制的CANopen通讯协议的机械臂,组成了具有三种通讯协议的三臂实验场景,分别完成等效刚度测评实验,积分自适应导纳控制实验、双臂搬运实验,三臂协同模拟打磨实验。实验表明了多臂紧耦合系统模型、多臂规划算法、积分自适应导纳控制方法的有效性。

关键词： 智能平衡吊   变参数导纳控制   柔顺控制   悬浮防反弹策略  

摘要： 目前中国已经进入老龄化社会,有效劳动力在逐步下降,人力成本在逐步提高,与此同时工业生产的工件体积及重量都变得越来越大,单单靠人力或者是恒速提升产品比如电动葫芦来完成搬运、对位及装配的工作已经无法满足日常生产的需求,因此智能平衡吊这种机电一体化产品应运而生,它被广泛的用于搬运装配工作。智能平衡吊抛弃了原有提升工业产品的遥控恒速的设定,而是采用操作员与把手或者是操作员与负载直接接触的方式,可以实现任意速度进行提升或下放负载的动作。然而正是由于智能平衡吊提升负载的动作是需要操作员与负载直接接触的,因此研究智能平衡吊的柔顺性是很必要的,它直接决定了操作员在进行人机合作作业时的平稳性与安全性。本文针对一款自主研发的智能平衡吊,建立起了其在竖直方向上的动力学模型,并基于此对其控制系统进行了构建及分析,提出了可变参数导纳的柔顺控制策略,以及在悬浮模式下的防反弹控制策略,并进行了相应的仿真分析以及实物实验分析。具体的研究内容如下所示:首先,分析了智能平衡吊上用于提升负载的钢丝绳的振动方程,对钢丝绳参数进行分析,进而将钢丝绳看为刚性体进行分析,基于此建立智能平衡吊在竖直方向上的提升动力学模型,分析了模型中参数对运动的影响;进而结合智能平衡吊的工作原理,构建了其控制系统,分析其稳定性,并以负载质量作为负反馈环节,进行了惯性力的补偿。其次,构建了智能平衡吊的基于变参数导纳模型的柔顺控制方法,根据末端负载速度值对导纳参数进行分段处理,以满足在智能平衡吊在低速情况下的对位精准度要求,在高速情况下的对搬运速度的需求,并在仿真平台里面进行了数值仿真;针对平衡吊在悬浮模式下出现的触地反弹现象,设计了相应的触地防反弹策略。最后,根据所设计的惯性力补偿环节以及设计的悬浮模式下的变参数的导纳控制策略以及触地防反弹算法进行实物测试,验证了理论分析的正确性;根据测试结果,得出了在低速情况下的导纳参数值以及在高速情况下的导纳参数值,并确立了导纳参数变化的速度阈值;进行了悬浮防反弹控制策略的测试,给出了触发防反弹的操作力阈值。

关键词： 精密装配机器人   被动柔顺装置   抗扰控制   技能学习  

摘要： 精密装配可以实现高精度的操作，在军事、航天等国家重要战略性领域内有不可替代的作用。从某种意义上讲，机器人精密装配技术决定了部分高端国防装备的性能。精密装配目前还存在抗扰能力差、自动化程度不高等诸多问题。引入多维被动柔顺装置可以有效提高装配柔顺性、降低接触力以及保护微器件;智能化装配可以提升效率、减少人为参与。因此，如何赋予精密装配机器人基于多维被动柔顺装置的操作学习能力，已成为精密操作中提高机器人智能性的关键科学问题之一。本文着眼于精密装配的抗扰控制与技能学习，引入多维被动柔顺装置，探讨面向姿态自适应的抗扰控制策略，并以深度强化学习为主要手段，提出被动柔顺精密装配的技能学习与迁移方法。本文主要研究工作如下:　　1.引入多维被动柔顺装置的精密装配抗扰控制。构建多维被动柔顺装置的形变-接触力模型，提出常规条件与姿态受扰情况下的控制策略;充分利用轴向柔顺，提出再调整策略，以应对卡阻等异常现象;再综合进给预测、接触力以及估计误差等因素，提出面向多种不确定性的高效运动规划，最终实现了高效稳定的被动柔顺精密装配抗扰控制。该策略能应对的姿态扰动可达7。，可降低约90％的径向作用力，大幅提高装配成功率。　　2.面向被动柔顺精密装配的技能学习。利用编码解码网络学习多维被动柔顺形变-接触力模型的分布参数;将该柔顺模型与强化学习TD3算法相结合，以模型的统计特征作为动作调节参数，提出适用于被动柔顺精密装配的技能学习算法，从而实现高效稳定的技能学习。相比前述的被动柔顺控制策略，该方法在真实环境学习5小时的技能可进一步降低62％的径向力，提高操作性能。　　3.面向被动柔顺精密装配的技能仿真-现实迁移。在仿真中学习技能、再迁移到现实中，可以有效降低深度强化学习在真实场景训练的时间成本与硬件成本。为此，首先使用环境集合构建仿真环境，以应对多维被动柔顺模型的不确定性，再结合元强化学习与被动柔顺模型网络，实现被动柔顺精密装配的技能迁移。在线训练100分钟即可完成技能迁移，装配效果与前述技能相当，但训练用时减少了66％,并大幅降低算法训练成本。

关键词： 孔轴装配   运动规划   视觉引导   柔顺控制  

摘要： 装配环节作为产品生产制造过程的重要环节,影响着产品的质量和生产成本。机器人装配技术能够有效提高装配效率和装配质量。本文针对孔轴装配任务,研究了机器人视觉引导和柔顺控制方法。本文的主要工作如下。首先,设计了一种基于机器人末端路径规划的运动规划方法。采用概率路线图路径规划算法,规划出一条可行路径作为UR5机器人末端的路径。建立了UR5机器人运动学模型,并通过逆运动学求解,将机器人末端路径转化为机器人关节路径。采用五次多项式插值法,将离散的关节路径转化为连续且平稳的机器人关节控制轨迹。实验表明,该运动规划方法能够快速且准确地规划出机器人从初始位置到目标位置的关节控制轨迹。其次,提出了一种基于轮廓层次结构的孔件定位方法。采用张正友法完成了机器人的手眼标定,实现了图像坐标系到机器人坐标系的转换。应用合适的图像预处理算法,获取了具有目标轮廓特征的增强图像。提出了基于轮廓层次结构的目标定位算法和姿态计算方法,并据此得到了目标孔件的位姿。设计了UR5机器人的视觉引导寻孔实验。实验表明,该方法能够精确定位孔件位姿,且能够快速引导机器人追踪孔件位置。接着,设计了一种基于导纳控制策略的UR5机器人柔顺控制方法。通过力传感器的系统误差和重力误差补偿算法,完成了力传感器的标定。根据等效弹簧-阻尼系统的导纳控制原理,提出了一种UR5机器人的导纳控制策略。设计了UR5机器人的柔顺控制实验。实验表明,该方法能够实现UR5机器人的柔顺控制。然后,设计并进行了融合机器视觉与力觉的孔轴装配实验。实验表明,基于视觉定位的机器人引导方法能够使机器人在非结构化环境下实现快速寻孔对齐;基于导纳控制策略的机器人柔顺控制方法能够使机器人实现柔顺插孔。最后,总结了全文主要工作,并展望了未来值得进一步研究的方向。

关键词： 机器人曲面跟踪   接触力控制   先验轮廓信息   被动柔顺装置  

摘要： 机器人与曲面轮廓间的接触力柔顺控制,一直被认为是改善机器人曲面磨抛质量的重要手段之一。然而,目前现有的柔顺控制算法主要依靠过去的力反馈信息实现,在曲面跟踪过程中难以及时补偿轮廓变化,从而导致力突变和力的波动幅度较大。针对上述问题,论文提出一种基于曲面先验轮廓信息的主动柔顺控制方法并进行了实验验证。结果表明,该方法能有效避免凸面/凹面区域下的接触力突变,力方差减小50%以上。同时,论文设计了一种被动柔顺装置用于辅助主动柔顺控制。实验中,基于主、被动联合的柔顺控制方法,能有效降低接触瞬间和跟踪过程中的力波动,力的波动幅值降低了40%以上。论文的主要研究内容和创新点如下。(1)提出了一种基于阻抗控制的位置型工业机器人柔顺控制方法。该方法基于阻抗方程建立了柔顺接触模型,通过求解阻抗方程,建立了法向控制速度与法向接触力间的映射模型。同时,设计了一种在线位姿生成器,对切向进给速度进行计算。最后,利用雅可比矩阵将法向控制速度和切向进给速度转化成关节角增量,从而实现位置型工业机器人曲面跟踪柔顺控制。(2)基于曲面先验轮廓信息,对法向控制速度进行修正,并基于这种修正速度对阻抗控制方法进行改进。首先基于曲面上有限个轮廓信息点的位置坐标,定义先验轮廓倾角。接着通过先验轮廓倾角和切向进给速度计算法向先验速度。最后利用这种法向先验速度,基于权重分配的方法对法向控制速度进行修正,从而实现曲面先验轮廓信息与柔顺控制算法的融合。(3)为辅助主动柔顺控制,进一步降低接触力的波动幅度,设计了一种基于远中心柔顺和斜楔滑块机构的被动柔顺装置。主、被动柔顺联合控制的实验结果表明,接触力的波动幅度与末端工具和力传感器间的整体弹性系数成正相关,在曲面较为平缓的区域,主、被动柔顺联合控制的优势更加明显。

关键词： 机械臂   模仿学习   微分同胚映射   动态系统   运动规划   柔顺控制  

摘要： 机器人广泛应用于人们的生产生活中,将人们从单调重复性的工作中解放出来,大大提高了生产效率和质量。然而,现阶段的机器人灵巧操作水平和智能决策能力仍远低于人类,仅能应用于结构化环境下重复性的任务操作。针对动态非结构化环境下机器人的操作,难以设计具有高适应性和稳定性的运动规划算法。针对复杂接触环境下的任务操作,其位置和力的规划与控制仍需针对特定的任务进行调试,难以推广应用于不同场景。因此,本文提出基于模仿学习的机械臂运动规划与柔顺控制方法,用以提高机器人的易用性和智能性,实现复杂场景下机器人自主拟人化操作。为提高机器人的易用性和对环境的适应性,可采用基于动态系统的机械臂运动规划方法,但传统的动态系统模型设计过程较为复杂。本文提出了基于微分同胚映射的动态系统设计方法,可以实现单步快速训练。从动态系统的约束条件出发,分析微分同胚映射的约束,并提出了统一的融合位置和姿态的微分同胚映射框架。在此框架基础上提出了两种映射算法:基于径向基函数的迭代算法,和基于可逆神经网络的映射算法。随后在仿真和实验中进行了对比和分析,验证该映射算法框架的有效性。其次,现有的时不变动态系统仅考虑位置的规划,姿态的规划仍采用时域插值,无法实现全过程位置和姿态同步性,本文提出了融合位置和姿态的动态系统设计方法。该方法通过建立示教数据空间和隐空间之间的微分同胚映射,并在隐空间中构建一个全局渐近稳定的动态系统,从而得到示教空间中全局渐进稳定且能精确表征示教数据的动态系统,并设计了Lyapunov函数证明了其稳定性。采用二维空间仿真和三维空间中机器人实验进行验证,结果表明该方法构造的运动规划算法对时间和空间扰动的适应性好,在动态变化的环境中可以在线规划运动轨迹,证明了算法的有效性。最后,考虑接触式的任务操作,需要对接触力进行规划并基于力和位置反馈进行柔顺控制器设计,本文提出了接触式任务操作的技能表达模型。通过采集人执行接触式任务操作过程中的数据,构建接触式任务中位置、速度、交互力和交互刚度之间的关系,将其用于指导机器人自主执行时的运动规划和柔顺控制器设计。并提出了基于模仿学习的接触式任务柔顺操作技能学习框架,针对典型的接触式任务设计了基于系统状态的自适应力/位混合控制器和阻抗控制器。为验证该框架,设计了三类机器人实验:机械臂打磨实验,轴孔装配实验,变刚度交互实验。实验中均能实现机械臂的拟人化柔顺操作,并成功的完成了任务,验证了该柔顺操作技能学习框架的有效性。本文系统地研究了机械臂的运动规划与柔顺控制方法,并提出了基于模仿学习的规划和控制算法,可以快速适应不同的操作场景,并能适应动态变化的环境和未知干扰,对机器人的运动规划和柔顺控制研究和快速应用具有一定的价值和意义。

关键词： 参数辨识   碰撞检测   柔顺控制   自干扰对消   扰动观测器  

摘要： 当今社会劳动力成本越来越高,而现阶段机器人无法完全代替人力进行生产,在一些精细化操作中人工生产模式仍占主导地位,为了降低劳动强度、提高生产效率,人机协作的生产模式应运而生,而如何确保人与机器人的近距离安全共存是此模式下亟待解决的问题,也是近年来机器人领域的研究热点。因此,本文以自研的七自由度机器人为研究对象,对碰撞检测和柔顺控制等关键技术展开研究。机器人动力学模型是碰撞检测及柔顺控制算法的理论基础,其建模精度将直接影响机器人的控制效果,因此本文首先围绕机器人动力学建模和参数辨识展开了研究。采用牛顿欧拉法建立了连杆动力学,并对影响模型精度的因素进行了分析;为了降低激励轨迹的求解难度,提出一种改进的五阶有限傅里叶级数轨迹,使得轨迹参数由11n减少为8n,并利用本文提出的基于经验进化的珊瑚礁优化算法对其进行求解,使用最小二乘法实现了动力学参数的辨识。其次,通过动量观测器和扩张状态观测器构建了碰撞检测算法,并基于电流反馈对其进行了改进;针对现有的碰撞检测算法在模型不精确条件下易失效的问题,借鉴通信领域的“干扰对消”概念,提出了一种基于自干扰对消扩张状态观测器的碰撞检测算法。通过动力学建立了碰撞发生时控制器输出力矩与机器人实际驱动力矩的联系,利用系统的延时响应特性消除了建模误差对外力观测结果的影响,经理论推导得到了不受负载大小影响的精准外力估计公式,并通过实验验证了算法的有效性和适用条件。结果表明算法适合负载小于额定负载时模型不精确条件下的碰撞检测。然后,采用对观测结果进行高通滤波的方式实现了碰撞类型的识别,并对碰撞反应策略进行分析;提出基于位置控制的阻抗控制算法和基于扰动观测器的外力柔顺跟踪算法,解决了伺服控制模式切换不方便的问题。阻抗控制算法工作在机器人发生意外碰撞后,使机器人关节具备一定的柔性,从而避免碰撞力的损害;外力柔顺跟踪算法工作在人为产生的有意碰撞时,将扰动观测器的观测结果通过阻尼映射算子映射成轨迹,使机器人能够顺应操作者意图进行运动。最后,针对本文所提的算法设计了验证实验,通过自研的七自由度机器人实验平台得到实验数据,并对实验结果进行了分析和讨论,实验表明本文所提碰撞检测算法与传统算法相比检测灵敏度提高了2.5倍以上,提出的碰撞类型识别算法以及以及基于位置控制的柔顺控制算法具备有效性。

关键词： 人机共融   柔性关节机器人   柔顺性控制   串联弹性驱动器   笛卡尔阻抗滑模变结构控制  

摘要： 随着人工智能、智能传感与大数据等科技不断发展,机器人逐渐被赋予与外界交互、模拟人类甚至自主学习等新能力。然而目前机器人面临的工作任务愈加复杂,其柔顺性能力尚显不足。柔性执行器由于具有抗冲击与安全人机交互等优点,正逐渐成为机器人研究的一种趋势。因此,本文基于串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)作为机器人被动柔顺关节执行机构,能实现机器人关节被动柔顺控制,有效地提升人机共融的安全性。但由于机器人关节引入柔性单元,使得整体控制系统复杂度提升,为此本文针对柔性关节机器人动力学与柔顺控制策略进行研究,设计稳定可靠的柔顺控制算法,主要研究内容如下:(1)SEA系统数学建模及其特性分析。建立SEA系统柔性单元、控制单元与驱动单元数学模型,根据位置源、速度源与力源控制法建立SEA系统开环与闭环传递函数,通过频率法分析系统稳定性;并根据力源控制系统对主动与被动阻抗特性研究,分析表明SEA系统具有低输出阻抗特性,对SEA的柔性关节机器人动力学模型建立与特性分析提供理论基础。(2)基于拉格朗日方程推导柔性关节机器人动力学模型。根据合理假设得到柔性关节机器人完整动态方程,SEA柔性元件将其完整动态方程解耦为电机端与连杆端动态方程,得到其简化动力学模型;系统分析其动态方程特性,对其关节动力学特性与SEA柔性元件动力学性能进行仿真研究。结果表明:串联弹性驱动关节机器人动力学被动柔顺性能良好,为柔顺性控制策略研究提供重要理论依据。(3)基于笛卡尔阻抗模型的滑模变结构控制策略研究。在关节空间动力学模型的基础上,建立柔性关节机器人笛卡尔空间末端接触动力学方程;对位置内环的笛卡尔阻抗控制仿真分析研究;基于双曲正切滑模切换函数改进滑模变结构控制策略,结合笛卡尔阻抗滤波轨迹,提出一种改进笛卡尔阻抗滑模变结构控制律,采用Matlab/Simulink仿真分析验证主动柔顺控制策略的有效性。结果表明:改进笛卡尔阻抗滑模变结构能够提高串联弹性驱动关节机器人系统轨迹跟踪能力。(4)柔性关节机器人柔顺性控制联合仿真分析。在联合方法仿真平台中,搭建Adams柔性关节机器人机械系统与MATLAB/Simulink控制系统;与传统笛卡尔阻抗PD策略仿真对比分析,笛卡尔阻抗滑模变结构控制策略可较好缓冲接触力突变,降低动态冲击接触力峰值,使机器人与阻力环境交互接触时具有较强顺应性;通过静态与动态冲击分析可知,主/被动柔顺系统具有较强的稳定性和抗冲击接触柔顺性。综上所述,机器人串联弹性驱动关节融合笛卡尔阻抗滑模变结构控制策略,取得良好地关节被动柔顺与主动柔顺性能,具有一定的学术研究价值,对人机交互柔顺控制研究具有重要实践意义。