欠驱动力合作机器人的驱动及控制技术研究

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1、哈尔滨工程大学博士学位论文欠驱动力合作机器人的驱动及控制技术研究姓名：董玉红申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：张立勋20060501哈尔滨工程大学博士学位论文种动力学仿真模型，对cobot在不同操作力作用下跟踪期望轨迹进行了仿真研究。根据合作机器人提升系统的组成和工作原理，提出了顺应操作者特性的阻抗控制策略。建立了微操作力提升系统的数学模型，利用MATLAB系统设计工具sisotool对提升系统进行了校正设计，得到了满足系统性能指标的校正器。建立了提升系统阻抗控制策略的仿真模型，对该控制策略进行了仿真分析。

2、根据cobot的工作原理和控制特点，确定了欠驱动力cobol的总体控制方案，详细阐述了上位机dSPACE仿真系统的特点和功能，以及下位机关节控制系统和提升控制系统的硬件结构。绘制了cobot原理样机构成框图，阐述了cobol的工作原理。给出了cobol实验样机的照片、关节约束机构照片，以及微操作力提升系统的照片等。基于dSPACE半物理仿真平台对cobot进行了实验研究，主要包括eobot末端力传感器的标定实验，非约束状态下cobol的动力学特性实验，关节机构控制实验，欠驱动力cobot控制实验和cobot提升系统的控制

3、实验等。实验研究验证了cobot关节机构的助动约束特性，cobot虚拟轨迹控制策略的可行性，以及cobot提升系统控制策略的可行性。实验结果表明：该cobot样机在水平面内能够跟踪期望轨迹，且跟踪精度较好；cobot提升系统能够顺应操作者的特性，使操作轻便、省力。因此，该实验样机满足设计要求。关键词：欠驱动力；合作机器人；虚拟轨迹；控制策略；微操作力欠驱动力合作机器人的驱动及控制技术研究AbstractCobots(collaborativerobots，forshortcobots)areakindofrobotsin

4、tendedfordirectphysicalcollaborationwithahumaninasharedworkspace．Theytaketheadvantagesoftranditionalrobotssuchashighertaskprecision，betterbearingloadscapacity,andmeantimestillapplythesuperioritiesoftheoperatorsuchasKghintelligence，visionandhapticcapacities，anddex

5、terityandSOon．Cobotsmakesitpossibleforahumanoperatortocollaboratewithrobotsinasharedworkspace．Theycanrelieveoftaskintensity,improvetaskprecisionandproductionefficiency．Themarkedlyfeaturesofcobotsarepassiveandconstraintcharactristics，whosejointmotorsCan’tactuatejo

6、intsmove，andonlyappliedtomodifytheratioofvelocitiesbetweenthejoints．Assuchthetrajectorycontrolofcobotelldpointisimplemented．Theoperatorsuppliesthepowerofcobotmoving，andpathconstraintcontroliscarriedoutbycobotcontrolsystemofcobot．Cobotspossesswidelyapplicationfore

7、groundsuchas“IntelligentAssistDevices”(1ADs)，surgeryoperations，telepresenceofvirtualrealityandteleoperation，anddailylifeandSOon．TheresearchworkcomesfromaprojectfIlndedbyNSFCn、『ationalNaturalScienceFoundationofChina)，whichis‘‘Theresearchofkeytechnologyforpassiveco

8、llaborativerobot(cobot)”．Themainobjectiveistostudyonactuationandcontroltechnologyofcobotininsufficientpowersituation．ItCansupplytheorybasisfordevelopingnewcobo