关节力矩反馈型协作机器人的阻抗控制研究

针对机器人和环境接触的作业任务,一般方法是利用六维力矩传感器实现阻抗控制,本文利用关节力矩传感器研究阻抗控制。首先,根据拉格朗日法建立动力学模型,基于关节力矩传感器建立阻抗控制模型;然后,根据阻抗控制算法做金相试样的打磨实验;最后,利用六维力矩传感器做对比实验,分析末端输出力的效果和改变不同阻抗参数对阻抗效果的影响。结果表明:基于关节力矩传感器的阻抗控制策略能够实现对输出力的控制,阻抗控制中力和位置能够同步稳定;惯性参数Mz越小,系统振荡越明显,稳定时间越长,但Mz不影响稳态误差;随着阻尼Bz的增加,响应速度变快,超调变大,但也不会影响系统的稳态误差;Kz主要影响系统的稳态误差,Kz越大,稳态误差越大,且系统越难稳定。所以基于关节力矩传感器的阻抗控制方法,可以完成机器人和环境接触的作业任务,力控制的精度可满足要求。

基于EtherCAT和TwinCAT3的协作机器人控制系统设计

为了降低机器人控制系统的研发周期和方便操作人员使用操作,通过对TA6-R5型协作机器人的研究,设计了基于EtherCAT和TwinCAT3的协作机器人控制系统。采用(Denavit-Hartenbery)(D-H)法建立运动学模型,求出正运动学解析解,根据各关节转动角度绝对值之和最小的原则求解出最优逆解,利用MATLAB的Robotics Toolbox验证运动学。利用TwinCAT3搭建控制系统,实现编程控制以及HMI(human machine interface),通过EtherCAT总线的高实时性实现数据控制与反馈。最后,利用同步周期位置模式进行笛卡尔空间轨迹规划,结合TwinCAT Measurement的Scope View图形化工具可观测和验证系统执行情况,结果表明基于EtherCAT和TwinCAT3的协作机器人控制系统可降低控制系统研发周期,提高研发效率。