在人們的預期中,機器人可以在日常環(huán)境中完成與人類的互動和親密接觸,同時也可以在工業(yè)場景中幫助人類進行復雜及體力要求高的工作。這種共存與協(xié)作的實現(xiàn)前提是保障人類的安全,及時防止可能發(fā)生的意外碰撞,在安全可靠的基礎之上,對不可避免或有意的物理接觸進行處理,并做出基于感知的運動反應,這也是物理人機交互（pHRI）發(fā)展的核心問題。因此,本文針對現(xiàn)有的機器人結構,旨在探究無外部傳感器的情況下,實現(xiàn)人機安全物理交互的可能性,主要從碰撞檢測、時變閾值、意圖檢測和外力信息等方面進行了研究與討論。首先,建立準確的機器人動力學模型是本文研究工作的基礎。采用結合了旋量理論的牛頓-歐拉法對動力學方程進行推導,降低傳統(tǒng)建模方法的計算復雜程度,提高了快速性與實時性。同時為了實現(xiàn)機器人運動的更準確描述,提出一種利用最小二乘思想的參數(shù)辨識方法,對建立的關節(jié)非線性摩擦模型進行了準確辨識。之后在驗證模型正確的前提下,引入并優(yōu)化了基于廣義動量的擾動觀測器,實現(xiàn)外部擾動的跟蹤。提出一種基于誤差補償?shù)臅r變閾值建立方法,改善傳統(tǒng)的固定閾值在碰撞過程中的檢測精度問題。以上研究旨在確保人機共存時人類的安全性,以此為基礎,本文對物理人... 

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

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

物理人機交互：左上圖是阿西莫夫的機器人小說Robbie中的一幕，右上圖是科幻電影鋼鐵俠中展現(xiàn)的人與機械臂協(xié)同工作，左下方是一個人與KUKA的LWR-III型機器人互動，右下圖是與DLR的類人上半身系統(tǒng)Justin互動

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文機器人上安裝傳感器（如機載視覺[7]或 RGB-D 深度攝對位置，預判人機相對運動，評估危險指數(shù)，并采取相的發(fā)生[9-10]，如圖 1-2 所示。為此，有幾種反應性運動檢測到機器人即將發(fā)生碰撞時，調整機器人姿態(tài)并采用撞或使?jié)撛谂鲎矀ψ钚�。這些措施可以較好地提高機傳感器易受外部環(huán)境的影響，且需要處理的信息量較大潛在危險檢測的準確性有一定影響。

圖 1-3 基于視覺傳感器的實時避碰與路徑規(guī)劃.2.2 機械臂碰撞檢測技術碰撞檢測技術作為物理人機交互發(fā)展的核心，其目的是解決不可避免或預測的碰撞接觸過程中人類的安全問題。同時，以碰撞檢測為基礎衍生出觸檢測技術，一定程度上為人機交互過程提供了觸覺相關的通道。機器人與人類一旦發(fā)生不可避免的碰撞，很大可能會造成人身傷害或更的后果，如德國大眾集團工廠的悲劇事件，22 歲的技術人員遭遇機器人撞幸身亡[21]。為了在最壞的情況下依然可以保障人的安全，機器人自身必須感知到碰撞并做出及時的反應。因此當撞擊發(fā)生后，盡可能快地檢測在機任何地方發(fā)生的碰撞就成了首要任務。國內外的研究人員在這一領域做出少的努力，形成了多種檢測方法，目前常見的碰撞檢測方法可通過有無使感器來進行分類。（1） 無外部傳感器的碰撞檢測方法最直觀和容易理解的方案是將機械臂的輸出力矩（或電機的驅動電流）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國工業(yè)機器人技術現(xiàn)狀與產業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 王田苗,陶永.  機械工程學報. 2014(09)

博士論文
[1]協(xié)作機器人零力控制與碰撞檢測技術研究[D]. 陳賽旋.中國科學技術大學 2018
[2]基于表面肌電信號的人機動作信息傳遞研究[D]. 梁培棟.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]多自由度串聯(lián)機器人關節(jié)摩擦分析與低速高精度運動控制[D]. 吳文祥.浙江大學 2013

碩士論文
[1]機械臂的碰撞檢測研究[D]. 趙漢杰.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[2]工業(yè)機器人的碰撞辨識與安全控制[D]. 吳國魁.福州大學 2014



本文編號：3498999