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《基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制_邱志成 (2)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、.第38卷第10期机械工程学报V0138No.102002年10月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEEFJNGOCt.2002基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制’邱志成谈大龙(中国空间技术研究院北京控制工程研究所北京100080)(中国科学院沈阳自动化研究所):,、摘要针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中存在冲击震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于
2、加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。关键词:柔性关节机械臂加速度接触力控制.:中图分类号TP2422在文献〔91中进行了较详细的分析和研究。本文利0,前言用加速度传感器的频带较宽抑制接触力控制时的,高频震荡并在柔性关节机械臂上进行了理论分析,。,。机器人完成任务操作有两种模式即在自由空和试验研究结果表明提出方法是可行的间的位置控制运动和在被环境约束时的力控制,这就需要机械臂从一种模式很容易地转换到另一种模柔性关节机械臂接触力建模式。通常从约束的力控制过渡到未约束的位置控制,、不会有问题但是从自
3、由空间到约束空间的力控制谐波传动因传动比大质量轻和精度高等特点。将要出现冲击力的严重问题。因为通常的接触速度在机器人中应用较广泛但谐波传动是利用柔性元,,,不为零动力学存在不连续性会导致过大的冲撞件的可控变形来传递运动和动力的因此传动过程,。,力在接触点/面力控制将产生震荡甚至导致系统中存在着柔性关节的柔性带来附加的自由度,。〔’]图1给出了通过柔性关节后连杆的示意图在的不稳定机器人基本的力控制算法分类基于以下几种关谐波连杆的末端安装一维力传感器和加速度传感。、:,阻尼系位置/速度和力之间的关系或采用直接力反器对环境特性最完全的描述是所谓的质量,。、、。
4、馈或它们的组合这样有刚度控制[2j阻抗控制团和刚度模型在谐波传动系统与环境之间是力传感,,混合位置/力控制[’]和直接力控制[5]等控制方法。这器但力传感器的刚度比较大通常可以忽略其动,“”;可以等效些控制方法的一个共同特点是在过渡过程中主力学特性如果要考虑力传感器的影响,,。要是依靠速度及力的反馈信息稳定控制系统改地用谐波与环境之间的弹簧及阻尼器来模拟基于、善力控制性能。但其缺点是由于速度环的带宽窄,文献〔l]对机械臂中的驱动器传感器和环境系统,、导致以速度反馈作为阻尼时接触力控制的能量消的建模思想建立了柔性关节机械臂传感器和环。、,。境的系统模型并进
5、一步分析了环境刚度传感器耗慢因此在接触过渡过程中系统将产生震荡,为了增加力控制系统的鲁棒性可通过鲁棒力控刚度和柔性关节刚度之间在不同情况下柔性关节机。制算法[6]、非线性和自适应力控制[7]和非线性力矩械臂接触力控制系统所表现出来的特性图2给、控制[8l。但由于算法相对复杂,计算量大,在接触出了谐波(柔性关节)力传感器和环境之间的模。、。。型Jem分别是谐波系统连杆的转动惯量及环境力控制中很难应用,,、,,、,f本文提出利用加速度反馈控制增加柔性关节机质量{ke4}{ks占}{kf占}分别是谐波齿、。、,轮力传感器和环境的刚度及阻尼系数TeFs分械臂系统
6、的主动阻尼吸收掉接触冲撞过程中的系,别是谐波传动系统的输出力矩及力传感器的测量统能量实现由自由运动状态到力控制状态的平,e。、,力且Fs=kfx+氏戈+m笼滑稳定的过渡避免震荡现象及大的力冲击这种,、瞬态现象尽量减小力的过渡过程时间(减小从接图2的模型中FsTe之间的关系可以表示为。,触开始到稳定接触的时间)关于加速度反馈控制一‘:2·“f·:’·(m乓二)‘氏二气,{卜令+++:,+:++。,国家自然科学基金资助项目(60034010)20010913收到初稿(氏氏卜(气‘)](Je氏气)20020430收到修改稿机械工程学报第38卷第10期。s一,z
7、,、,+:+、f:+、‘1这时(m氏)(氏)}()当接触硬物体环境(环境刚度非常高),,l环境刚度踌远大于传感器的刚度ks即踌》ks因式中连杆长度,s—为环境和传感器串联此时系统的主要特性取决于拉普拉斯算子—传感器的刚度ks了。二l___二人。:,+:++,Te,氏,弋(&e)Z气+l,气ks环境大52+爪S+7)8)忽l++12图1力控制结构图气尸kskeks,,f因为踌》占所以开环零点不起主导作用,略后得闭环谐振频率为一」1嵘一ZJelksrZ=M(9)图2谐波、传感器和环境模型当踌》ke时,传感器的刚度非常高,满足ks》ke,,,时式(7)可简化为
8、如果忽略力传感器动力学参数{弋占}及环境____二,二兰气_生质量(谐波系统向环
