基于外力观测器的MIS机器人双边力反馈控制

针对现有微创外科手术机器人缺乏力感知和力反馈问题,提出了基于外力观测器的微创机器人鲁棒滑模双边力反馈控制结构。设计了非线性外力观测器,用于实现主从机器人的外力观测。为获得准确的外力观测,需要对摩擦和扰动进行补偿,确定关节摩擦为Stribeck模型,采用遗传算法对模型中参数予以辨识,采用等效法对扰动进行补偿。为实现准确的轨迹跟踪和保证系统的稳定性,设计了鲁棒滑模控制器。通过仿真和实验对所提出的控制结构进行了验证,结果表明所提出的双边力反馈控制结构,能够实现无力传感器下外力的准确观测,同时具有仅通过位置.位置的硬件结构获得位置.力硬件结构的优点,为无力传感器下的主从运动控制奠定了研究基础。

基于二阶前馈外力观测器的机械臂碰撞策略

针对人机协作过程中的安全问题,提出基于改进广义动量的外力观测器进行外力检测的方法。建立了外力干扰下的简化柔性关节机械臂动力学模型,通过受力分析证实模型能够识别发生碰撞时的机器人关节等效外力。设计了一种二阶前馈外力观测器用来检测外力,并依据观测器的观测值设定了动态阈值,当观测值超过动态阈值的限定范围时,控制系统即认为碰撞发生,为保证操作人员和机器人的安全,将立刻切换到碰停模式,实现不同运动速度下的安全反应。通过UniversalRobot5(UR5)轻量机械臂实验平台,验证了外力观测器和动态阈值的有效性与可行性。