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)對復(fù)雜多變的操作環(huán)境發(fā)展,這對機(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)械臂必須具有對外部物理碰撞的感知和響應(yīng)能力,同時具備對外部作用力準(zhǔn)確識別的功能。目前大部分的研究都是基于力傳感器實(shí)現(xiàn)對外力的檢測,且市場上的輕型協(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算法是基于廣義動量擾動觀測器的碰撞檢測算法,該算法可以對外部擾動力矩進(jìn)行快速準(zhǔn)確地跟蹤。本文對該算法進(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觀測算法,實(shí)現(xiàn)了利用電機(jī)電流命令估計外部擾動力矩的功能。實(shí)現(xiàn)了無傳感器的機(jī)械臂碰撞檢測及響應(yīng)功能。針對機(jī)械臂的人機(jī)協(xié)作功能,本文利用將外部擾動力矩估計值映射至關(guān)節(jié)空間軌跡命令的思想,通過將擾動力矩估計值映射至關(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。本文還通過將擾動力矩估計值映射至關(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)位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

如圖 1-1，由檢測到的距離生成排斥向量，從而用于求運(yùn)動任務(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下進(jìn)行操作[4]。圖 1-1 基于視覺傳感器的實(shí)時碰撞檢測與規(guī)避lic D 等人通過機(jī)器視覺監(jiān)測操作人員肢體位置，并構(gòu)造了一個危結(jié)合機(jī)械臂當(dāng)前軌跡，和操作人員運(yùn)動軌跡，實(shí)時計算最有可能發(fā)碰撞點(diǎn)以及其危險指數(shù)，當(dāng)危險指數(shù)超過設(shè)定閾值時，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。

計算能力和機(jī)器人運(yùn)動能力的限制，往往識別周圍體時可能會失效，所以僅依賴視覺傳感器提高安必須有應(yīng)對物理碰撞的能力。傳感器進(jìn)行碰撞檢測的研究有很多。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，并在三菱 PA-10 機(jī)器人上完成了碰撞檢確的估計碰撞外力的大小，但是僅限于安裝傳感扭矩傳感器檢測關(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vej P 等人通過在機(jī)械臂每個關(guān)節(jié)加裝加速度計，撞檢測方法，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[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)床與自動化加工技術(shù). 2016(07)
[2]利用虛擬傳感器的巡視器機(jī)械臂碰撞檢測算法[J]. 居鶴華,冷舒.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(01)
[3]基于動量偏差觀測器的機(jī)器人碰撞檢測算法[J]. 吳海彬,李實(shí)懿,吳國魁.  電機(jī)與控制學(xué)報. 2015(05)
[4]基于軌跡規(guī)劃的機(jī)器人碰撞檢測研究[J]. 張鐵,林君健,鄒焱飚.  機(jī)床與液壓. 2012(21)
[5]PVT插補(bǔ)及位置伺服變加減速處理[J]. 舒志兵,嚴(yán)彩忠.  電氣應(yīng)用. 2007(04)
[6]機(jī)器人安全性工程研究綜述[J]. 胡政.  中國機(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：2989086