基于阻抗控制的机械臂末端工具的柔顺控制

当空间机械臂执行任务时与环境相接触,机械臂末端工具和目标之间可能存在很大的接触力.为了将接触力限制在一定范围内,本文提出了基于位置控制内环的阻抗控制对机械臂末端精细工具进行柔顺控制的方法.该方法建立了机械臂末端工具的位姿与接触力/力矩之间的动态关系,使用关节位置/速度传感器和腕力传感器的测量来得到关节角、关节角速度和末端接触力反馈,使得机械臂末端执行器根据反馈作出相应的顺应性运动.研究将阻抗控制应用在复杂精细的末端工具上,将位置和姿态同时纳入柔顺控制器的设计中,实现了末端位置和姿态的综合控制.最后本文以螺钉拆卸为例,对提出的末端柔顺控制律进行位姿控制和接触力控制的仿真验证.仿真结果表明,本文设计的柔顺控制器可以有效控制接触力在合理范围内,并在误差很小的范围内实现位置和姿态的综合控制,对实际工程应用中,机械臂末端的精细操作具有指导意义.

煤矿井下钻杆装卸机器人末端执行机构设计与分析

为满足煤矿井下钻杆装卸机器人对末端执行机构的使用要求,研制了一型液动永磁钻杆抓取装置。分析了钻杆装卸机器人的结构特点和钻杆装卸工艺流程,提出采用磁力吸取后机械夹紧定位的方式解决紧密码垛式堆放钻杆的抓取问题和机器人的末端柔顺问题;通过4组齿轮反向啮合的方式消除了装置的传动间隙,实现了钻杆的精确定位;通过理论计算验证了装置关键技术参数选取的合理性。试验结果表明:抓取装置夹持力满足设计和使用要求,在不同工艺流程中的机器人均能工作在额定载荷范围之内;采用磁力实现钻杆的取放需要特别注意保证钻杆表面洁净,钻杆表面的污物会造成磁铁与钻杆间的磁力下降,导致抓取失败。

面向穴位按摩机械臂的阻抗控制算法研究

针对机械臂在穴位按摩使用场景中末端接触力的控制问题,提出了一种基于位置控制的自适应阻抗控制算法,并对该算法进行了相关的理论分析以及仿真平台实验验证。为解决机械臂在工作过程中环境刚度未知且干扰因素较多的问题,在自适应阻抗控制算法的基础上引入模糊控制器以调节阻抗参数,使机械臂在精确跟踪轨迹和期望力的基础上,动态性能得到进一步提高。仿真实验结果表明:该算法优化了机械臂在阻抗控制模式下末端力的跟踪精度,提高了系统的鲁棒性和稳定性,进而提升了机械臂完成穴位按摩工作的效果。