協(xié)作型機(jī)械臂已逐漸成為研究的熱點(diǎn)。人機(jī)協(xié)作的研究正向能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的操作環(huán)境發(fā)展,這對(duì)機(jī)械臂的安全性提出了很高的要求。為了在保證安全的前提下進(jìn)行人機(jī)協(xié)作,機(jī)械臂必須具有對(duì)外部物理碰撞的感知和響應(yīng)能力,同時(shí)具備對(duì)外部作用力準(zhǔn)確識(shí)別的功能。目前大部分的研究都是基于力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)外力的檢測(cè),且市場(chǎng)上的輕型協(xié)作機(jī)械臂大多配備了高性能的扭矩傳感器,這使得機(jī)械臂的成本大幅上漲。若實(shí)現(xiàn)無傳感器的外部碰撞檢測(cè)和外力感知功能,將能夠顯著降低協(xié)作型機(jī)械臂的制造成本。目前具有代表性的無傳感器碰撞檢測(cè)算法是基于廣義動(dòng)量擾動(dòng)觀測(cè)器的碰撞檢測(cè)算法,該算法可以對(duì)外部擾動(dòng)力矩進(jìn)行快速準(zhǔn)確地跟蹤。本文對(duì)該算法進(jìn)行了仿真分析,并構(gòu)建了考慮電機(jī)慣量及摩擦阻尼得擾動(dòng)觀測(cè)算法,實(shí)現(xiàn)了利用電機(jī)電流命令估計(jì)外部擾動(dòng)力矩的功能。實(shí)現(xiàn)了無傳感器的機(jī)械臂碰撞檢測(cè)及響應(yīng)功能。針對(duì)機(jī)械臂的人機(jī)協(xié)作功能,本文利用將外部擾動(dòng)力矩估計(jì)值映射至關(guān)節(jié)空間軌跡命令的思想,通過將擾動(dòng)力矩估計(jì)值映射至關(guān)節(jié)加速度命令,構(gòu)建了慣性可調(diào)的柔順控制算法,使控制算法在人機(jī)協(xié)作過程中呈現(xiàn)出慣性特性,并可通過調(diào)整參數(shù),改變慣性大小。本文還通過將擾動(dòng)力矩估計(jì)值映射至關(guān)節(jié)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于視覺傳感器的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)與規(guī)避KulicD等人通過機(jī)器視覺監(jiān)測(cè)操作人員肢體位置，并構(gòu)造了一個(gè)危險(xiǎn)指數(shù)的

如圖 1-1，由檢測(cè)到的距離生成排斥向量，從而用于求運(yùn)動(dòng)任務(wù)。并實(shí)現(xiàn)了利用 7 自由度機(jī)械臂的冗余自由度在躲避動(dòng)下進(jìn)行操作[4]。圖 1-1 基于視覺傳感器的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)與規(guī)避lic D 等人通過機(jī)器視覺監(jiān)測(cè)操作人員肢體位置，并構(gòu)造了一個(gè)危結(jié)合機(jī)械臂當(dāng)前軌跡，和操作人員運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)時(shí)計(jì)算最有可能發(fā)碰撞點(diǎn)以及其危險(xiǎn)指數(shù)，當(dāng)危險(xiǎn)指數(shù)超過設(shè)定閾值時(shí)，機(jī)械臂將利新規(guī)劃軌跡，并避免碰撞的發(fā)生[5]，如圖 1-2。

計(jì)算能力和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的限制，往往識(shí)別周圍體時(shí)可能會(huì)失效，所以僅依賴視覺傳感器提高安必須有應(yīng)對(duì)物理碰撞的能力。傳感器進(jìn)行碰撞檢測(cè)的研究有很多。Lu S 等人在關(guān)節(jié)加裝六維力傳感器，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實(shí)現(xiàn)的估計(jì)，并在三菱 PA-10 機(jī)器人上完成了碰撞檢確的估計(jì)碰撞外力的大小，但是僅限于安裝傳感扭矩傳感器檢測(cè)關(guān)節(jié)力矩，通過雅可比矩陣求解較方便，但是扭矩傳感器引入了柔性，增加了動(dòng)vej P 等人通過在機(jī)械臂每個(gè)關(guān)節(jié)加裝加速度計(jì)，撞檢測(cè)方法，并用該法實(shí)現(xiàn)了基于物理碰撞的空械臂彈性材料下安裝電容皮膚傳感器，結(jié)合關(guān)節(jié)精確檢測(cè)[10]。圖 1-3 為傳感器安裝方案，圖 1-4制電路板，其上橫向排布 8 個(gè)電容節(jié)點(diǎn)。該方法處理量大，成本高，不利于實(shí)際應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于電流的機(jī)器人故障檢測(cè)與安全保護(hù)研究[J]. 宋吉來,徐方,鄒風(fēng)山.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2016(07)
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[3]基于動(dòng)量偏差觀測(cè)器的機(jī)器人碰撞檢測(cè)算法[J]. 吳海彬,李實(shí)懿,吳國(guó)魁.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2015(05)
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[6]機(jī)器人安全性工程研究綜述[J]. 胡政.  中國(guó)機(jī)械工程. 2004(04)
[7]機(jī)器人柔順控制研究[J]. 殷躍紅,尉忠信,朱劍英.  機(jī)器人. 1998(03)

碩士論文
[1]機(jī)械臂的碰撞檢測(cè)研究[D]. 趙漢杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]柔性關(guān)節(jié)的參數(shù)辨識(shí)及自適應(yīng)控制算法研究[D]. 劉章興.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2989086