果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制.pdf

《果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第30卷第9期农业工程学报、，0l-30No．92014年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMav201419果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制姬伟。，罗大伟，李俊乐，杨俊2，赵德安(1．江苏大学电气信息工程学院，镇江212013；2．东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，南京210096；3．机械工业设施农业测控技术与装备重点实验室，镇江212013)摘要：为了尽可能减小采摘机器人末端执行器在采摘过程中对果蔬的损伤，提出了一种基于广义比例积分(GPI，generali

2、zedproportionalintegra1)的抓取力矩控制方法。首先，对由电机驱动的末端执行器建立模型，推导出电机输入电压与负载力矩之间的数学关系；然后，利用积分重构器设计GPI力矩反馈控制器，将力偏差转化为电机的输入电压控制。该方法不需要对力矩跟踪误差进行求导计算，避免了求导所带来的系统延时和噪声问题。仿真和实物抓取试验结果表明，采用GPI的末端执行器力矩控制对跟定信号的跟踪误差达到10。量级，具有良好的力矩跟踪能力，与传统PI(proportionalintegra1)控制方法相比，其控制力矩和电机控制电压输出平稳，降低了末端执行器抓取时对果蔬的损伤，无损采

3、摘效率达到90％，比PI控制的采摘完好率高出8个百分点，适合于对果蔬的柔顺抓取控制。该研究可为果蔬采摘机器人无损采摘提供参考。关键词：机器人；模型；控制系统；末端执行器；广义比例积分；柔顺控制doi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．09．003中图分类号：TP24；S126文献标志码：A文章编号：1002—6819(2014)一09—0019—08姬伟，罗大伟，李俊乐，等．果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制[d]．农业工程学报，2014，30(9)：19—26．JiWei，LuoDawei，LiJunle，eta1．Complianc

4、egraspforcecontrolforend—efectoroffruit-vegetablepickingrobot[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(9)：19—26．(inChinesewithEnglishabstract)控制精度依赖于对环境的精确了解。王学林等【l卜】0引言提出基于力外环的果蔬抓取控制策略，将控制算法果蔬采摘机器人是通过果蔬和末端执行器的的力偏差转换为末端执行器的速度控制，但该控制手指之间

5、作用力来实现果蔬的稳定夹持，但如果抓方法需要测量抓取时果蔬的瞬间变形量和瞬间变取力太大，容易损伤果蔬。相反，如果抓取力太小，形速度，在实际测量时具有一定的误差。近年来，则果蔬容易滑落。因此，在保证抓取稳定的前提下，广义比例积分控制由于不需要对跟踪误差进行求如何有效避免末端执行器对果蔬的损伤，实现柔顺导计算，能够避免求导带来的延时和噪声问题，同抓取，是末端执行器控制的研究重点[1-61。力／位置时，对系统模型不确定和参数变化具有较强的鲁棒混合控制和阻抗控制是目前较为广泛使用的2种主性，因而被引入到抓取力准确跟踪控制中【J"J。动柔顺控制方法[引。Raibert9J在M

6、ason的基础基于果蔬采摘机器人末端执行器柔顺抓取特上提出了混合力／位置控制，基本思想是当末端执行点和要求[18-241，本文提出一种基于广义比例积分的器与环境发生接触，通过雅可比矩阵将笛卡儿空间力矩控制方法。将末端执行器的动力学模型看作质任意方向的力和位置分配到各个关节控制器上，这点模型，分别对直流电机和末端执行器建模，进而种方法必须对环境约束精确建模，且计算复杂。得出末端执行器整体模型，在此基础上，使用力传Hogan[1~1提出阻抗控制，基本思想是调整机器人末感器测出的负载压力作为反馈量1J，利用积分重构端刚度，使力和位置满足某种理想的动态关系。阻器设计广义比例

7、积分力矩控制器，最后通过仿真和抗控制是通过调整参考位置间接地实现力控制，它的末端执行器抓取试验，验证该控制方法的有效性。收稿日期：2013．06—17修订Et期：2014．03—281末端执行器模型建立基金项目：江苏省博士后基金资助项目(1102110C)；东南大学复杂工本文以安装在刚性机械手手臂顶端的两指末程系统测量与控制教育部重点实验室开放课题基金(MCCSE2013A03)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发[2011)6号)端执行器为研究对象，末端执行器采用由直流电机作者简介：姬伟(1974一)，男，四川绵阳人，副教授，博士，主要和减速齿轮组构