刚度控制机器人的机构稳定性设计

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1、!""#$%%%&%%’(清华大学学报-自然科学版.*%%>年第(>卷第’期$*,+’)#$$&***+,#/012345678329-":2;0<:5.=*%%>=?@AB(>=#@B’>’+&>’C刚度控制机器人的机构稳定性设计罗杨宇=陈恳-清华大学精密仪器与机械学系=北京$%%%D(.摘要E刚度控制机器人需要提高与任意环境接触或交互较广泛的应用G对于医疗机器人或力觉交互设备等=的稳定性!使机构末端可在较小位移下实现较大输出力"从为保证良好的反向可驱动性=机构的阻尼必须尽量机构参数模型出发!以任意环境下可稳定达到的最大控制刚小=加之控制

2、频率的有限性=都使得控制刚度超出一度来衡量机构的稳定性或稳定范围!并考虑各向同性!研究定的范围时=系统就会处于不稳定状态G而在保证系机器人参数设计理论与方法"以一种#自由度机构设计为统稳定的比较小的控制刚度下=常常需要较大的位例!首先建立动力学模型并分析其耦合特性$然后对各解耦移才能实现机构末端一定大小的力=这对于某些刚运动链的等效单自由度模型作稳定性分析!给出机构最大稳度稍大的机器人环境是不允许的G定控制刚度的定量表示$最后对两组具体参数进行校核和对比分析"结果说明%电机输出轴径&传动比和关节杆长等目前=一些可以用于辅助手术4力觉交互等领

3、域参数对机构稳定性影响较大!可通过调整这些参数来改善机的机器人机构如N5O#0@647O6等都具有良好构刚度控制的性能"的反向可驱动性=但在对其进行刚度控制时=所能稳关键词E机器人$刚度控制$稳定性$各向同性定达到的控制刚度非常有限=其中N5O#0@6的最大控制刚度为$B’#,I左右8$+9中图分类号E0N*(文献标识码EOG)@A47L<等给出文章编号E$%%%&%%’(-*%%>.%’&%>’+&%’了一种单自由度质量弹簧阻尼模型的最大控制刚度的表达式8(=’9=但这种表达式尚比较抽象=很难直接用于具体机构参数设计G另外=为使控制简单和

4、提高PQRSTUTQVWXYTZ[]RYQT]][XYY^_[Q‘UUXW系统性能=在机构设计中应尽量使各关节的相互影‘SQaX_bR[TYa响减小=并保证在操作空间的各点各方向所能稳定cdefghijk=lmnopqh达到的控制刚度比较一致=即各向同性G对于兼顾稳-rXsR‘QaX[Q]t‘X_TYT[u[YQ‘vaX[QYR[WwX_bR[UZV=定性和各向同性的机构参数综合设计=目前尚没有xYT[ZbvRy[TzX‘YTQV={XT

5、T[Z}~~~!"=#bT[R.比较系统的方法G$SYQ‘R_QE05<1L7%2A

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