基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型

针对传统的通过操作示教盒移动六轴工业机器人到达指定位置效率低、过程复杂的问题,以Ethernet作为通信总线,将嵌入式系统引入六轴工业机器人的顺应性跟踪控制(零力跟踪)中,提出了一种基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型.在该模型中,将六维力传感器上的力信号进行解耦与坐标变换,从而获得机器人末端的6个力的大小信息.通过刚度矩阵计算出输入位置控制器的偏移量,同时设计了一种轨迹预测算法来确定6个力的信息及下一个目标点的方向.最后,机器人根据运动学方程的逆解,调整相应的位姿.实验结果表明:该机器人末端分别在3个不同方向的牵引力的作用下,能平滑而快速地经过预定的轨迹,为直接示教系统中的顺应性跟踪控制提供了方法.

位姿对手端刚度比可控性的影响

本文依据直接柔顺控制的基本思想，着重讨论了闭式链臂手端刚度比与柔顺机构位姿之间的关系．文章引用刚度比的概念，作为手端作业刚度可调节性能的一个指标．刚度比取值有限度，Ｋ＿ｘ／Ｋ＿ｙ＝１时手端刚度的可控性最好，而且刚度比与输出点的动作范围有关．

基于模仿学习的变刚度人机协作搬运控制

针对人-机器人协作搬运,现有的控制策略难以同时保证搬运过程的柔顺性和搬运终点位置的精确性,而且对不同搬运任务适应性不够.基于模仿学习提出变刚度协作搬运控制策略.使用任务参数化的高斯混合模型(TP-GMM)对多次搬运示教数据进行编码,学习不同搬运工况下的搬运轨迹概率模型;结合导纳控制建立机械臂末端变刚度交互模型,实现柔性搬运操作,并基于交互力阈值实现不同搬运任务的切换;搭建协作搬运平台进行实验验证.实验结果表明,提出的策略在实现柔性协作搬运的同时将特定搬运任务的终点位置精度提高到1.9 mm,且保证了特定搬运任务中机械臂末端在期望区域内运动以及搬运任务的切换.

基于卡尔曼滤波的机器人自适应控制方法研究

针对机械臂在工作过程中与环境交互的力柔顺控制问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的自适应阻抗控制算法,完成了在环境位置与环境刚度未知的情况下对恒力的稳定控制。首先,构建了机械臂与环境接触的阻抗控制模型,建立了力与位置之间的关系;然后,建立了自适应阻抗控制模型,根据机械臂力跟踪误差与位置误差,对机械臂接触的环境位置和环境刚度进行了估计,对机械臂控制位置进行了更新,再将阻抗控制算法离散化,并利用卡尔曼滤波对阻抗控制系统状态进行了预估和校正;最后,仿真验证了自适应卡尔曼滤波阻抗模型的稳定性与有效性,并运用机器人进行了跟踪实验,对不同环境参数下的恒力跟踪效果进行了验证。研究结果表明:基于卡尔曼滤波的自适应阻抗控制算法对力跟踪误差可以达到5%以内,在斜面环境下的收敛速度可提高61.5%;与传统阻抗控制相比,该控制算法的抖动更小、收敛速度更快,能够实现理想的恒力控制效果。

变刚度机构及其在协作型机器人中的应用

协作型机器人被广泛应用于自动化和物料搬运。为承载有效载荷并实现精确运动,协作型机器人需要具备足够的刚性。此外,为满足人机交互的安全性,协作型机器人还需要具备足够的灵活性,变刚度机器人则同时满足了安全性与刚性的要求。该文首先介绍了变刚度机器人的相关研究和几种基于机械结构的可变刚度方法,并对其工作原理进行分类;然后根据刚度范围、刚度比和响应时间等标准,对现有方法进行定量比较,简单总结各种方法的优缺点,并介绍了相关变刚度机构在协作型机械臂和抓手中的应用。

An EMG-Based Biomimetic Variable Stiffness Modulation Strategy for Bilateral Motor Skills Relearning of Upper Limb Elbow Joint Rehabilitation

Bilateral rehabilitation systems with bilateral or unilateral assistive robots have been developed for hemiplegia patients to recover their one-side paralysis.However,the compliant robotic assistance to promote bilateral inter-limb coordination remains a challenge that should be addressed.In this paper,a biomimetic variable stiffness modulation strategy for the Variable Stiffness Actuator(VSA)integrated robotic is proposed to improve bilateral limb coordination and promote bilateral motor skills relearning.An Electromyography(EMG)-driven synergy reference stiffness estimation model of the upper limb elbow joint is developed to reproduce the muscle synergy effect on the affected side limb by independent real-time stiffness control.Additionally,the bilateral impedance control is incorporated for realizing compliant patient-robot interaction.Preliminary experiments were carried out to evaluate the tracking performance and investigate the multiple task intensities’influence on bilateral motor skills relearning.Experimental results evidence the proposed method could enable bilateral motor task skills relearning with wide-range task intensities and further promote bilateral inter-limb coordination.