基于多传感器的七自由度机械臂力/位混合控制研究

bb20920d · 发表于 2022-5-11 18:33:12

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雅宝题库解析：
绳驱动机械臂是一种串并联混合结构，样机由并联绳驱动肩关节、绳驱动肘关节和并联绳驱动腕关节组成，采用绳索代替连杆作为驱动元件并将驱动电机安装于基座上，使其在具有并联结构高刚度，高精度，高负载能力和串联机构空间大的优点的同时，还具有绳驱动结构，重量轻，灵活性好的优点，从而将会在广泛的领域拥有较好的应用前景，但由于绳索固有的柔性，机构安装的初始定位误差、电机卷扬机构缠绕半径差异等因素的存在，导致这种非直接驱动系统在任务空间的开环精度和刚度较低，从而使其在微操作或精度要求较高场合的应用受到了限制，本文中的机械臂样机采用三个相交于一点的单轴机构来实现并联球关节，通过安装在在关节处的角度传感器实时反馈关节角度，从而实现关节角的全闭环控制，这样就可以通过高精度的位置伺服控制能力来消除各种误差源带来的影响，在此基础上结合运动学理论和末端腕力传感器完成了机械臂末端操作手在已知和未知两种不同环境下的轨迹规划，通过PC+PMAC组成的分级控制系统对样机进行实时监测与控制，完成了机械臂高精度的位置伺服和轨迹跟踪。由于系统的传动机构为具有柔性的绳索，因此系统的刚性不可避免的要有所下降，但同时也提高了系统的柔性，为了使系统适应不同环境的的刚度要求，本文在对绳驱动机构进行刚度分解和张力分配的基础上，结合PMAC控制器的串级控制功能，实现了绳索张力的优化和调节，从而实现了系统刚度的可控性。机器人在从事装配、打磨、抛光及轮廓跟踪等任务时，机器人不但需要高精度的位置控制，还需要实时的控制其与环境之间的接触力，本文通过建立样机的阻抗模型对样机末端操作手的位置和力的进行了混合控制，这种方法为避碰、有约束和无约束运动提供了一种统一的方法，阻抗控制主要是基于两种方式实现的，一种是基于动力学的阻抗控制，但这种控制策略依赖于动力学模型的精确性，由于实际中动力学模型很难建立，准确性不高，另一种是基于位置的阻抗控制，这种方法需要检测位置、速度和接触力，把检测的信息施加到阻抗模型，使用内部位置控制环来跟踪理想的位置矢量，从而使接触力得到控制，我们在绳驱动拟人臂的高精度的位置控制基础上提出了一种基于末端多维力传感器的控制方案对样机进行了力/位混合控制。

基于多传感器的七自由度机械臂力/位混合控制研究

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