基于阻抗控制的机器人力控制技术研究

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1、硕士学位论文基于阻抗控制的机器人力控制技术研究RESEARCHONROBOTFORCECONTROLBASEDONIMPEDANCECONTROL丁润泽哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP241.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于阻抗控制的机器人力控制技术研究硕士研究生：丁润泽导师：高会军教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP241.3U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinE

2、ngineeringRESEARCHONROBOTFORCECONTROLBASEDONIMPEDANCECONTROLCandidate:DingRunzeSupervisor:Prof.GaoHuijunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechno

3、logy哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要主从式机器人作为机器人研究中的一个重要研究领域，在航天、核废物处理、医学手术等领域有着广泛的应用。在主从式机器人的研究中，在保证从机械手可以跟随主操作手运动的同时，将从手受到的接触力反馈到主手能够极大的提高主从式机器人的操作体验。控制主操作手输出期望的力信号，需要用到力控制方法。本文基于实验室的“主从式手术机器人”课题，对于基于阻抗控制的机器人主操作手力控制进行了仿真与实验研究。首先，本文对于实验平台中所使用的Delta主操作手机构进行了适当的简化并建立了坐标系。接着进行了运动学分析，建立了Delta主操作手的正逆运动学模型。然后利用MAT

4、LAB与ADAMS联合仿真的方式所建立的模型进行了验证。利用虚功原理的方法对Delta主操作手进行了动力学分析，并利用ADAMS与MATLAB对于模型的正确性进行了验证。其次，对于基于位置的阻抗控制方法进行了分析，将其运用到之前所建立的机器人模型上进行力控制仿真实验。利用SIMULINK搭建了仿真模型，测试了阻抗控制算法在阶跃信号、斜坡信号、正弦信号下的跟踪情况，并进行了变环境仿真实验。对于阻抗控制算法的跟踪性能进行了分析，验证了其对于力跟踪的有效性并明确了其不足。针对阻抗控制对于动态信号跟踪效果差、环境参数变化时震荡大的不足，利用自适应阻抗控制算法对控制系统的性能进行改善并进行了

5、稳定性分析，进行了与阻抗控制的对比仿真实验。最后，本文对于整个实验系统进行了介绍，利用实验平台对算法进行实验验证。设计实验验证了阻抗控制在力控制中的有效性，设计阻抗控制与自适应阻抗控制对比实验，证明了自适应阻抗控制算法在动态信号跟踪以及环境发生变化时的优越性。关键词：力跟踪；力控制；阻抗控制；自适应控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMaster-slaverobotisanimportantresearchfieldinrobotics.Ithasbeenwidelyap-pliedinaerospace,nuclearwastedisposal,medica

6、lsurgeryandotherfields.Inthestudyofthemaster-slaverobot,theoperationexperienceofthemaster-slaverobotcanbegreatlyimprovedbyfeedingthecontactforcefromtheslaverobottothemainhandundertheconditionthattheslaverobotcanfollowthemotionofthemasterrobot.Tocontrolthemasterrobot’strackingofthedesiredforce,

7、impedancecontrolisneeded.Basedonthelaboratory’s”masterslavetypeendoscopicrobot”project,theforcetrackingcontroloftherobot’smasterrobotissimulatedandexperimentallystudiedinthispaper.Firstofall,thispapersimplifiestheDeltamasterrobotusedint